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探头损耗和偏差对测量结果的影响
2012/9/19  9:44:49

探头和电缆都具有固有的损耗和变化。损耗有时可能极大,或与标称值有一定的差距,导致测量结果发生变化。为了补偿固有损耗,示波器厂商通过数字信号处理(DSP)技术进行探头校正。供应商使用“最佳”模型,并应用到所有探头的的补偿和校正上。虽然这一策略可以解决某些损耗和变化,但也意味着如果一个探头的特性发生了变化、漂移或偏离开始使用的模型,那么对这个探头进行的补偿就不再正确了。现实中有很多探头组合连接到探头放大器上,为了获得最高测量精度必须对每种探头组合进行测量。最终的结果是,您可能会得到不必要的误差或探头与探头之间的差异。您也可以使用定制的探头。虽然这提供了很大的便利,但它也意味着,示波器厂商再也无法提供“最佳”系统。
对于MIPI D-PHY或M-PHY发射机测试,最常用的探测方法包括使用有源差分探头直接焊接到产品信号路径上和用SMA同轴电缆连接到焊装有被测芯片的测试板上的信号路径上(图1)。由于信号是差分信号,而且必须对信号的电气性能进行单端分析,所以需要使用一对探头进行部分测试。这些测试包括测量共模电压幅度失配等。重要的是,您所使用的探头必须实现正确匹配,并且拥有相同的损耗性能特性,这样所测量的信号才代表了设计的真正性能。
通常,您必须花费昂贵的代价才能找到匹配的探头,但无论花费了多少,它们并不总是相同的,往往存在一定的容限。虽然探头是当作匹配的探头对进行销售的,但是其偏差和频率响应的容限对于测量来说可能太大,致使测试结果合格或不合格。您也许可以通过校准消除这些电缆的偏差,但是这些电缆的频率响应特性并不容易校正。如果电缆的特性不完全相同,可能会导致信号的部分频率内容发生衰减或放大,从而使被测信号出现失真。当得到测量结果时,它可能会超过限定范围,因为信号在频域内的不均衡放大可能导致测试失败。
在图2左侧屏幕截图中,使用了一对匹配不正确、频率响应特性略有不同的探头,通过探测差分信号来测量共模电压。您可以观察到,两个信号的波形特性略有不同,当信号叠加在一起时,探头差异导致凸起。电缆频率响应差异造成的凸起形成了大约75mV的共模误差,导致测试失败。相比之下,右侧的测量使用了一个高度匹配的探头对,共模电压的测量结果仅大约为7mV,这显示了设计的真正性能,设计成功通过了测试。因此,偏差效应和频率响应对测量精度有很大的影响。

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