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進(jìn)行斷路測試的情況下，因?yàn)轭愃?DDR 和 MIPI 之類總線在測試的時候，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對探頭的要求相關(guān)文章和論述有很多，包括對探頭的帶寬，阻抗\容抗，衰減比及探頭的電路結(jié)構(gòu)差異等等。

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 13 GHz 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？

這時您會發(fā)現(xiàn)，早先購買了一臺軟件升級帶寬的示波器是多么明智，無需返廠只要購買一個帶寬升級許可證書即可在自己的實(shí)驗(yàn)室完成升級！然而，根據(jù)平坦響應(yīng)系統(tǒng)帶寬公式：

BWSystem= Min (BWScope，BWProbe)

因此即便示波器升級到更高帶寬，但是如果探頭帶寬依然是13GHz，整個系統(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)大到顯著超出這個值通常會導(dǎo)致本底噪聲增加，再進(jìn)一步加大的話，可能會導(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。

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)可以有效提高信號連接環(huán)節(jié)的帶寬和信號保真度？很多時候我們對選擇示波器非常看重，但是對后續(xù)的使用和測試細(xì)節(jié)卻常常敷衍了事，而對這些小的細(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!

01 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差分的數(shù)據(jù)和時鐘信號正和負(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和共模偏置。

這一電路特點(diǎn)決定的信號探測方法，導(dǎo)致信號探測過程中對有效的參考接地要求非常嚴(yán)格。

因此，比如對 D-PHY推薦在設(shè)計(jì)時即考慮在DSI總線末端（顯示屏側(cè)）或者CSI總線末端（AP側(cè)），除對差分信號的正和負(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)。

對其它一般Serdes信號，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)載對線路的影響極大。

02 選擇恰當(dāng)?shù)暮附犹筋^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下降。長焊線的兩腿之間的角度越大也會帶來帶寬下降。

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)

表2 直接焊接前端差異

針對焊接探頭前端的阻尼電阻選擇，請參照產(chǎn)品手冊或者使用手冊。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)。對于阻尼電阻在前端 PCB 上的，當(dāng)然焊線也應(yīng)盡量短。

03 在可測性設(shè)計(jì)和前端選擇都得到保證的情況下，還有什么因素會對信號探測環(huán)節(jié)的信號保真度產(chǎn)生影響呢？

完美地焊接探頭也是確保測試過程中的信號保真度的重要一步，而且對探頭的重復(fù)使用至關(guān)重要，更是對資產(chǎn)的妥善保護(hù)！

首先，選擇針對不同的探頭前端選擇恰當(dāng)?shù)睦予F頭：

將測試儀器探頭連接到被測設(shè)備(DUT)的方法有很多種。其中一種方法是焊接，通過保持電纜長度和連接盡可能短，可以提供可靠的連接，并最大限度地減少寄生探測影響。許多Keysight的高性能示波器探頭使用焊接連接。隨著探頭和設(shè)備不斷縮小，為了避免損壞和連接問題，使用正確的工具和焊接技能變得至關(guān)重要。如果您在選型/使用過程有什么問題，咨詢普科科技官網(wǎng)：www.prbtek.com

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