显示经过补偿，电路负载仍然存在

一句话总结

校准探头的衰减倍率，是在修正屏幕上的电压，而减小探头的负载，是让被测电路少受改变。这是两个不同的问题，所以必须分别验证。

为什么需要它

你选好了温室传感器的滤波器。但为了确认电路而连接探头后，快速变化变得圆滑，峰值也不同了。有人说探头是 10X 的，把屏幕上的值乘以 10 就解决了。原来的电路真的会回来吗？

这一次我们要同时记录三个值：没有连接探头的基准电路的 ref，真实连接了探头的节点 tip，以及经过探头到达测量仪器输入端的 meter。屏幕上对应的 display，是对 meter 应用倍率后的值。即使倍率准确，如果 tip 本身已经与 ref 不同，说明测量已经对电路产生了影响。

这个实验是 1V 低电压的理想模型。不会把高电压连接到实物探头或示波器上。也不是产品购买推荐或安全额定值验证。电源、带宽、压摆率、噪声、接地线电感、电缆的传输线效应，是之后另行验证的项目。

工作原理

仅有较大的输入电阻是不够的

测量输入并不是无穷大的电阻。输入电阻即使在 DC 下也会取走电流，而输入电容在快速变化时影响更大。Tektronix 探头入门资料把电阻性负载、电容性负载和补偿调整分开来说明。本课程用自己的电路重现这种区分。

源串联电阻是 10kΩ，DUT 是 100kΩ 与 20pF 的并联。DUT 的意思是被测电路。在另一条完全相同的源电阻支路上接上同样的 DUT，来构成 ref。只共享两条支路前面的理想电压源，所以连接在 tip 上的探头不会作为负载加到 ref 上。

用来比较的 1X 模型是 1MΩ||100pF，有源输入模型是 1MΩ||1pF。有源输入的输出缓冲器是理想的。两个模型的输入电阻相同，但电容不同，所以时间响应的失真差别很大。这些数值不是特定产品的规格，而是为了比较而声明的实验条件。

10X 补偿的两个时间常数

10X 在 tip 与 meter 之间，并联放置 9MΩ 和补偿电容 Cp。从 meter 到地有 1MΩ||90pF。DC 下电容开路，所以通过 9MΩ 和 1MΩ 的分压，meter 是 tip 的 1/10。但随着频率升高，两个电容也会参与分压。

要使两个并联阻抗的时间常数一致，必须满足 9MΩ×Cp=1MΩ×90pF。因此，这个模型的合适 Cp 是 10pF。此时无论频率如何，meter/tip=0.1，display=10×meter 就能重现 tip。如果 Cp 是 5pF，高频一侧的显示会变小，如果是 20pF，则会变大。只看 DC 分压就判断补偿正确，就会漏掉这种差异。

即使补偿正确，DUT 看到的仍然是探头输入。正确补偿的两个电容串联后的等效值是 9pF，DC 电阻是 10MΩ。这意味着在原有 DUT 的 20pF 旁边，增加了不可忽略的电容。把数字乘以 10 的运算，并不会把这个电容从电路中拿掉。

用阻抗建立三节点模型

令 s=j2πf，Yd=1/100kΩ+s×20pF，则无负载基准的传递函数是 Href=1/(1+RsYd)。对于 1X 或有源输入，加上 Yp=1/1MΩ+sCp，按 Htip=1/(1+Rs(Yd+Yp)) 计算。由于缓冲器是理想的，这两种的 Hmeter 与 Htip 相同。

在 10X 中，Za=1/(1/9MΩ+sCp)，Zb=1/(1/1MΩ+s×90pF)。DUT 看到的附加导纳是 1/(Za+Zb)，所以 Htip=1/(1+Rs(Yd+1/(Za+Zb)))。测量仪器输入是 Hmeter=Htip×Zb/(Za+Zb)。必须分别返回这三个值，之后才能说明是在哪个位置发生了失真。

真实的 AC 文件中包含连同输入在内的四个复数电压。第一列频率之后，附有每个电压的实部和虚部，共 9 列。AC 输入使用相位 17 度、幅度 0.5、1、2V，所以必须把原电压除以复数输入，才能与上面的公式比较。只有在输入为 1V 时幅度碰巧吻合的实现，是不够的。

幅度误差与复数误差不同

这是 100kHz 下由预先实验得到的比较。这是理论与仿真器的结果，并不是实物测量值。

条件	显示/负载节点幅度	显示/无负载节点幅度	负载相位
1X	1.000	约 0.825	约 −27.67 度
10X，补偿 5pF	约 0.527	约 0.524	约 −1.52 度
10X，补偿 10pF	1.000	约 0.992	约 −2.88 度
10X，补偿 20pF	约 1.818	约 1.790	约 −5.21 度
有源输入理想模型	1.000	约 0.990	约 −0.26 度

只看显示幅度，补偿后的 10X 比有源输入更接近原来的幅度一点。但包含相位之后，判断就不同了。所以实验要求在 100kHz 下，分别满足测量链复数误差 ≤0.01、负载复数误差 ≤0.02。这些阈值是实验的验证约定，并不是业界通用的合格标准。

同时确认阶跃波形与计算收敛

输入在 1µs 之前为 0V，之后在 5ns 内上升到 1V，并保持到 50µs。从上升完成的 1.005µs 开始，在间隔 10ns 的 2,000 个时刻，对 ref、tip、display 做线性插值。显示与基准的最大电压差，在 10X 补偿 10pF 时也约为 0.124V，在有源输入模型中约为 0.019V。快速的瞬态给出的信息，与 100kHz 这一个点不同。

实验在这个观测区间内，还要求显示/基准的最大差值 ≤0.03V。无负载基准电路的误差为 0，但它不是探头，所以从选择对象中排除。如果不区分用于比较的对照组和真正的备选项，对照组当然永远获胜，从而得出错误的结论。

计算间隔与观测间隔是两回事。使用计算最大间隔 1.25ns 和 0.625ns，并在相同的观测时刻重新插值。确认三个节点上两次运行的最大差值都在 10µV 以下。如果只检查显示电压，就可能漏掉基准电路的误差。在全部比较的过程中，也暴露出之前预先实验中范围较窄的检查是不够的。

在现场相遇的样子

Keysight 的校准说明区分了重现连接探头输入处的信号，与估计没有探头时的信号。仅靠前者的校准，并不能消除负载效应。本实验的倍率校准只是重现所连接的 tip 的水平，不能把软件估计出的信号，当作物理电路本身已经恢复的证据。

为了满足 NXP 模拟验证岗位对台架调试、Python 自动化、验证计划和数据分析的要求，要同时保存原电路、输入配置、波形和判定。仅凭这个实验，并不能证明已经具备实物测量仪器操作或 PVT 验证的全部能力。

下一项实验要做什么

编写 8 个步骤：从配置验证开始，经过原始文件解析、复数响应、阻抗模型、阶跃插值、需求判定、分析报告，直到条件比较 CLI。先保留所有条件和两种计算精度，再通过报告说明哪项要求失败了。不要隐藏补偿、负载、收敛中的任何一项，来制造成功的候选。