針對特定量測應用選擇合適的探棒，是示波器執行可靠量測的第一步。市面上的示波器探棒種類包羅萬象，可大致分為被動式與主動式探棒這兩大類，兩者的主要差異在於，主動式探棒需要外接探棒電源，以驅動探棒中的電晶體和放大器等主動元件，而被動式探棒則不需要。此外，主動式探棒可提供較大的頻寬。這兩類探棒又可進一步細分為更多不同類型的探棒，每一種探棒都有其最適用的應用領域。

被動式探棒

被動式電壓探棒是目前最常見的示波器探棒，其種類可大致分為高阻抗輸入被動式探棒，以及低阻抗、電阻分壓器被動式探棒。

具有 10:1 分壓比的高阻抗輸入被動式探棒大概是工程師最常用的探棒；大多數中低階示波器現在都隨附這類探棒。

《圖一 被動式探棒是目前最常見的示波器探棒》

探棒探頭的阻值通常為 9 MΩ，當它連接到示波器的 1-MΩ 輸入時，會在示波器輸入端產生 10:1 的分壓比（或衰減比）。從探棒探頭量測所得的淨輸入阻值為 10 MΩ，而示波器輸入端的電壓位準則為探棒探頭電壓位準的十分之一，其公式如下所示：

Vscope = Vprobe * (1 MΩ/ (9 MΩ + 1 MΩ))

相較於主動式探棒，被動式探棒更堅固耐用、價格低廉，而且提供寬廣的動態範圍（如使用典型的 10:1 探棒，則動態範圍大於 300 V），以及可匹配示波器輸入阻抗的高輸入阻值。不過，比起主動式探棒或低阻抗（z0）電阻分壓器被動式探棒，被動式探棒的電容性負載較高，而且頻寬較小。

《圖二 高阻抗被動式探棒堅固耐用、價位低廉，是一般探測與故障排除應用的理想解決方案。》

接下來將討論低阻抗電阻分壓器探棒。這類探棒具有 450 Ω 或 950 Ω 的輸入電阻，可產生 10:1 或 20:1 的衰減比，以匹配示波器的 50 Ω輸入。其輸入電阻器連接 50 Ω 的纜線並以示波器的 50 Ω 輸入終端。請切記，示波器必須要有 50 Ω 的輸入才可使用這類探棒。低阻抗電阻分壓器探棒的好處包括：低電容性負載及超高的頻寬（頻率範圍高達幾GHz），有助於執行高準確度的時序量測。此外，如應用於相近的頻寬範圍，其售價比主動式探棒便宜很多。這類探棒非常適合用於 ECL 電路探量、微波應用，或察看 50 Ω 傳輸線。不過它有一個主要的缺點，就是其電阻性負載較重，這會影響量測到的信號振幅。

《圖三 低阻抗電阻分壓器探棒具備低電容性負載及較大的頻寬等特色。》

主動式探棒

假如您的示波器頻寬大於 500 MHz，您或許（或應該）會使用主動式探棒。且不論其高價位，如果高頻寬是您的首要考量，那麼主動式探棒是最佳選擇。主動式探棒通常比被動式探棒貴，而且輸入電壓有所限制，但因為可提供極低的電容性負載，在量測高速信號時，可讓您詳細洞察更多信號細節。

按照定義來說，主動式探棒需要有探棒電源。許多新型的主動式探棒均透過智慧型探棒介面來提供電源，並且在相容型探棒和示波器之間提供通訊連結。一般而言，智慧型探棒介面可自動辨識連上示波器之探棒的類型，並據此設定適當的輸入阻抗、衰減比、探棒電源和偏移幅度（offset range）。

《圖四 許多新型的主動式探棒均透過智慧型探棒介面來提供電源，並且在相容型探棒和示波器之間提供通訊連結。 》

頻寬考量

頻寬較高是主動式探棒明顯優於被動式探棒的特性。探棒使用者經常忽略的一件事，就是探棒連接到探測目標的效應，亦即「連接頻寬」。有些主動式探棒或許具備令人印象深刻的頻寬規格，這些標稱的規格效能可能是在理想的探測條件下測得的。然而，在實際執行探量時，我們經常要在探棒探頭上加裝各式探測配件，因此主動式探棒的真實效能，可能會比標稱規格低很多。此外，主動式探量系統的真實效能，主要取決於「連接」系統。在高頻應用中，圖5標示VAtn之處左邊的寄生元件，是真正主宰主動式探測系統效能的決定性因素。

《圖五 在高頻應用中，在標示VAtn之處左邊的寄生元件，是真正主宰主動式探測系統效能的決定因素。》

舉例來說，Agilent N2796A 2-GHz單端型主動式探棒的最佳配置是搭配使用探棒探頭及兩公分長的平行接地（offset ground），以便為您提供2 GHz 的探棒頻寬。如果拿掉探頭和接地，改用10公分的雙導線轉接器的話，則探棒頻寬會下降至 1 GHz。假設再加裝鉤夾於雙導線轉接器上，則探棒頻寬還會進一步下降至 500 MHz。因此，欲獲得更出色的探棒效能，則輸入的導線應越短越好。

《圖六 藉由使用導線長度較短的探棒，您可獲得更大的頻寬。》

探棒負載效應

現在讓我們來談談探棒的輸入阻抗與輸入負載。很多人以為探棒的輸入阻抗是固定值。您或許聽過探棒有kΩ、MΩ、甚或 10 MΩ 等不同輸入阻抗，但隨著頻率變化，這些阻值也會跟著改變。當頻率升高，輸入阻抗會隨之降低。

在直流和低頻的頻率範圍中，探棒的輸入阻抗一開始是額定的輸入阻值，以 10:1 被動式探棒來說是 10 MΩ，但是當頻率開始上升，探棒的輸入電容就開始變為短路，並且探棒阻抗開始往下掉。輸入電容值越高，則阻抗掉得越快。

《圖七 在 10kHz 或更高的交越頻率處，主動式探棒可提供比被動式探棒更高的輸入阻抗。》

圖7 為 500-MHz 被動式探棒和 2-GHz 主動式探棒的比較圖。您可以看到在 10kHz 或更高的交越頻率處，主動式探棒可提供比被動式探棒更高的輸入阻抗。輸入阻抗越高，代表目標信號的負載越低，而負載越低，意謂著信號所受到影響或干擾就越少。

請看圖中的 70 MHz 頻寬處，被動式探棒的輸入阻抗約下降至150 Ω，而主動式探棒的輸入阻抗約為 2.5 kΩ，兩者的差異相當明顯。舉例來說，假如您的探量系統的信號源阻抗約為 50 或 100 歐姆，因探棒負載的關係，被動式探棒會對信號產生更大的影響。

在此頻率範圍中，接上這類被動式探棒，就像是在電路上加裝了一個 150 Ω 的電阻。如果不會妨礙到您的量測，那麼使用這類被動式探棒也無妨。但假如您不能容許出現更高的電阻，則這種探棒就會是個問題。因此，執行高頻應用時，最好還是選用具更高阻抗的探棒，例如主動式探棒。

結語

很多客戶在選擇示波器時，都是先考量頻寬、取樣率和總通道數等需求，接著才會想到該如何將信號送入示波器。正因如此，他們在為示波器挑選合適的量測工具時，也是最後才考慮到探棒。然而，針對您的應用選擇合適的探棒以及適當的探棒使用方式，是示波器執行可靠量測的第一步。

執行一般的探量與故障排除應用時，被動式探棒是比較保險的選擇，但如果是執行高頻應用中，那麼主動式探棒可以在量測高速信號時，讓您獲得更精確的洞察力。儘管市面上很多主動式探棒都具有相當出色的頻寬規格，請記住主動式探棒的真實效能，主要取決於探棒與探測目標之間的連接方式。如欲進行準確的量測，請牢記一個簡單的經驗法則，那就是探棒的輸入導線越短越好。

<作者任職安捷倫科技數位測試部門>