【導(dǎo)讀】示波器探頭作為測量系統(tǒng)中的組成部分其重要性不言自明，即使在今天一致性測試成為實(shí)時(shí)示波器的主要應(yīng)用領(lǐng)域而多采用夾具和電纜組合來拾取信號(hào)進(jìn)行斷路測試的情況下，因?yàn)轭愃艱DR和MIPI之類總線在測試的時(shí)候，依然必須依靠探頭接入被測電路進(jìn)行測試。
圖1 DDR和MIPI-DPHY測試連接典型圖
關(guān)于這兩種典型總線在測試時(shí)對(duì)探頭的要求相關(guān)文章和論述有很多，包括對(duì)探頭的帶寬，阻抗容抗，衰減比及探頭的電路結(jié)構(gòu)差異等等，可參考《DDR5驗(yàn)證和測試》，無需贅述。
隨著LPDDR4標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)到4.2Gbps和DDR5 從4.8Gbps起步，您是否發(fā)現(xiàn)前幾年按照3.2Gbps速率購買的典型的13GHz帶寬的示波器和探頭系統(tǒng)比如DSAV134A和1169A/B已經(jīng)有點(diǎn)力不從心呢？
這時(shí)您會(huì)發(fā)現(xiàn)，早先購買了一臺(tái)軟件升級(jí)帶寬的示波器是多么明智，無需返廠只要購買一個(gè)帶寬升級(jí)許可證書即可在自己的實(shí)驗(yàn)室完成升級(jí)！然而，根據(jù)平坦響應(yīng)系統(tǒng)帶寬公式：
因此即便示波器升級(jí)到更高帶寬，但是如果探頭帶寬依然是13GHz，整個(gè)系統(tǒng)帶寬還是13GHz。
如何解放1169B的生產(chǎn)力發(fā)揮更大作用？
錦囊一 ：挖潛增效，讓資產(chǎn)升值！
Keysight Infiniimax 差分探頭經(jīng)過DSP校正，具有平坦的幅度和相位響應(yīng)，可提供極高的精度。選擇要校正到的帶寬通常為未校正帶寬的大約3 dB 頻點(diǎn)。
如果帶寬擴(kuò)大到顯著超出這個(gè)值通常會(huì)導(dǎo)致本底噪聲增加，再進(jìn)一步加大的話，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲失真。
N5381A/B 焊入式探頭前端與Infiniimax 1169A/B 探頭放大器結(jié)合，可以順利地將帶寬擴(kuò)展到3 dB 以上，因?yàn)镹5381A/B 的峰值超過了正常的12 GHz 帶寬，并且探頭前端的峰值有助于補(bǔ)償探頭放大器帶寬的滾降。
擴(kuò)大Infiniimax 探頭放大器和探頭前端帶寬的方法
錦囊二 ：細(xì)節(jié)決定成敗，如何善用探頭？
除了充分挖掘現(xiàn)有探頭帶寬的潛力外，從操作層面來看，還有哪些注意事項(xiàng)可以有效提高信號(hào)連接環(huán)節(jié)的帶寬和信號(hào)保真度？很多時(shí)候我們對(duì)選擇示波器非?？粗兀菍?duì)后續(xù)的使用和測試細(xì)節(jié)卻常常敷衍了事，而對(duì)這些小的細(xì)節(jié)的疏忽往往導(dǎo)致我們事倍功半！
細(xì)節(jié)決定成敗!
從設(shè)計(jì)角度，預(yù)先做好可測性設(shè)計(jì)(Design For Test)，包括預(yù)留盡可能接近被測信號(hào)末端的測試點(diǎn)和地測試點(diǎn)
以MIPI總線測試為例，由于存在共模偏置電壓，因此要采用差分探頭對(duì)差分的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)正和負(fù)端分別進(jìn)行單端測試，然后進(jìn)行差分和共模運(yùn)算分別得到有效的差分信號(hào)和共模偏置。
這一電路特點(diǎn)決定的信號(hào)探測方法，導(dǎo)致信號(hào)探測過程中對(duì)有效的參考接地要求非常嚴(yán)格。
因此，比如對(duì)D-PHY推薦在設(shè)計(jì)時(shí)即考慮在DSI總線末端（顯示屏側(cè)）或者CSI總線末端（AP側(cè)），除對(duì)差分信號(hào)的正和負(fù)端分別留測試點(diǎn)外，還要預(yù)留盡可能近的同一地平面的地測試點(diǎn)。
對(duì)其它一般Serdes信號(hào)，也應(yīng)盡可能在被測線路末端或接收端預(yù)留測試點(diǎn)，以降低測試點(diǎn)位于線路中間情況可能引起的反射，另外在高速情況下，線路中間測試點(diǎn)的過孔或焊盤的Stub效應(yīng)和探頭負(fù)載對(duì)線路的影響極大。
選擇恰當(dāng)?shù)?a target="_blank" style="text-decoration:none;" >焊接探頭前端
● 配合Infiniimax系列探頭放大器，有很多探頭前端，這些前端之間有何差異？
● 比如測試DDR總線，很多工程師非常偏愛ZIF探頭前端N5425A/B，對(duì)應(yīng)有很多ZIF Tip可以選擇，比如N5426A，N5451A等，有何差異呢？
圖2 N5426A(上)和N5451A(下）
表1 N5426A和N5451A不同焊線長度和角度帶寬
可見，更長的焊線，帶寬更低，負(fù)載效應(yīng)也更大，其頻響特性平坦度也會(huì)下降。長焊線的兩腿之間的角度越大也會(huì)帶來帶寬下降。
除了ZIF探頭，還有常用的直接焊接探頭E2677A/B，N2836A和N5381A/B及N5441A，差別在于前兩者阻尼電阻在探頭前端PCB外，后兩者阻尼電阻在焊接PCB上。
圖3 E2677A/B(左)和N5381A/B(右)
差異和優(yōu)缺點(diǎn)在哪里呢？
表2 直接焊接前端差異
針對(duì)焊接探頭前端的阻尼電阻選擇，請(qǐng)參照產(chǎn)品手冊(cè)或者使用手冊(cè)。比如E2677A/B有91?和150?兩種，其中91提供了全帶寬而150則提供中等帶寬能力。
對(duì)阻尼電阻在前端PCB外，如果需要伸入到器件進(jìn)行測試，應(yīng)選擇阻尼電阻到測試點(diǎn)之間的焊線盡量短，以確保最小化Stub效應(yīng)。對(duì)于阻尼電阻在前端PCB上的，當(dāng)然焊線也應(yīng)盡量短。
在可測性設(shè)計(jì)和前端選擇都得到保證的情況下，還有什么因素會(huì)對(duì)信號(hào)探測環(huán)節(jié)的信號(hào)保真度產(chǎn)生影響呢？
完美地焊接探頭也是確保測試過程中的信號(hào)保真度的重要一步，而且對(duì)探頭的重復(fù)使用至關(guān)重要，更是對(duì)資產(chǎn)的妥善保護(hù)！
首先，選擇針對(duì)不同的探頭前端選擇恰當(dāng)?shù)睦予F頭：
圖4 針對(duì)不同探頭前端選擇大小合適的烙鐵頭
Keysight InfiniiMax探頭焊接指南
結(jié)語
本期文章就探頭相關(guān)方面從擴(kuò)大帶寬到前端選擇及焊接等幾個(gè)角度提供一些參考和建議。
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