借助探頭和軟件豐富測試功能

如今的高端測試裝置的功能已經(jīng)達(dá)到令人驚嘆的水平。比如力科(LeCroy)公司最新推出的實(shí)時(shí)帶寬高達(dá)60GHz的LabMaster 10Zi系列示波器和安捷倫(Agilent)公司帶寬高達(dá)32GHz的Infiniium 90000X系列。這些儀器可以為測試臺(tái)提供大量測量功能。它們可以展示上升和下降時(shí)間像閃電一樣快的信號(hào)的每一個(gè)細(xì)節(jié)。

但是如果沒有同樣強(qiáng)大的探測系統(tǒng)的話，這些示波器的強(qiáng)大功能就無法體現(xiàn)了。測試工程師需要的最后一個(gè)工具就是探頭，它會(huì)影響測試工程師的測量，否則就無法提供示波器提供給測試工程師的全部帶寬。

幸運(yùn)的是，如今的高端探頭的設(shè)計(jì)規(guī)避了這些問題。不僅探頭可以運(yùn)行這些測試裝置的功能，軟件還可以增加功能和其他配件。

不斷增加的探測帶寬

這里以安捷倫公司的Infiniium 90000X系列示波器為例，InfiniiMax III(N2800A-N2803A)是該公司第三代InfiniiMax高性能探測系統(tǒng)(圖1)。安捷倫公司提供四個(gè)帶寬在16至30GHz之間的探頭放大器型號(hào)。各種探頭支持使用瀏覽器、零插力(ZIF)探頭前端、2.92mm或3.5mm表面組裝(SMA)電纜或焊入式探頭前端進(jìn)行的連接。

是什么在推動(dòng)探頭放大器帶寬的不斷增加呢？從事新興有線通信標(biāo)準(zhǔn)和高速串行數(shù)據(jù)鏈路(比如USB、SAS或PCI Express)相關(guān)工作的工程師使用Infiniium 90000X系列等示波器捕獲快速的單次事件，進(jìn)行抖動(dòng)等關(guān)鍵測量，同時(shí)確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證互操作性。隨著數(shù)據(jù)速率在接下來的幾年里擴(kuò)展到10Gbps以上，探頭帶寬將成為進(jìn)行此類高帶寬測量的關(guān)鍵因素。

安捷倫公司采用專有的磷化銦(InP)工藝和最先進(jìn)的薄膜封裝技術(shù)，在嚴(yán)格的幾何限制下實(shí)現(xiàn)這些探頭的性能。InfiniiMax III瀏覽器采用“十字形”刀片接地系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)較低電感的接地，采用多晶形鐵粉繞線同軸探頭前端減少駐波，并采用極低寄生電感的可更換電阻探頭前端實(shí)現(xiàn)30GHz的性能。

高壓要求

電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車、工業(yè)應(yīng)用、照明、太陽能和計(jì)算機(jī)服務(wù)器等各種應(yīng)用中的功率測量要求正變得越來越具有挑戰(zhàn)性。這些新興電源技術(shù)要求探頭能夠同時(shí)滿足高壓和低壓的測量要求。使用給定示波器供電的探頭一般不適用于同等的高壓器件。

為此，泰克(Tektronix)公司最近推出了四款高壓探頭，并對(duì)三款現(xiàn)有的探頭產(chǎn)品進(jìn)行了大幅升級(jí)，以在帶寬、動(dòng)態(tài)范圍和輸入阻抗特性方面滿足市場要求。泰克的THDP、TMDP和P52XXA系列高壓探頭可以滿足這三個(gè)主要領(lǐng)域的要求。

一方面，如今的電源設(shè)計(jì)正在采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等更快的開關(guān)器件。THDP0200和TMDP0200等更高帶寬的探頭可以捕獲到轉(zhuǎn)換速率很快的信號(hào)，從而使設(shè)計(jì)工程師能夠輕松地精確測量這些新型設(shè)計(jì)。

另一方面，這些探頭可以解決傳統(tǒng)探頭在動(dòng)態(tài)范圍方面的不足，使設(shè)計(jì)工程師能夠使用同樣的探頭測量高壓信號(hào)及其引起的噪聲和紋波分量。THDP0100具有該系列最大的動(dòng)態(tài)范圍以及±6000V的差分電壓和共模規(guī)格。

最后，當(dāng)探頭連接至電路時(shí)，它們可能會(huì)潛在地改變電路的行為和屏蔽問題。泰克的高壓探頭通過提供高壓探頭能夠提供的最高電阻性和最低電容性負(fù)載，從而最大限度地緩解了這個(gè)問題。例如，升級(jí)后的P5210A和新型THDP0100都可以提供40MΩ的電阻和不到2.5pF的電容性負(fù)載。

TMDP和THDP通過大多數(shù)泰克中檔示波器采用的泰克多功能探頭接口(VPI)架構(gòu)連接至泰克示波器。VPI架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)示波器與探頭之間的雙向智能通信。為了最大限度地提高高壓應(yīng)用中用戶的安全性，這些探頭均符合EN61010-031要求。

有源探頭的特性

工程師應(yīng)通過各種無源和有源探頭，從而充分利用示波器。確定哪一種探頭最適合用于給定的應(yīng)用并不容易。不過安捷倫在其N2795A/N2796A系列中提供了新一代1至2GHz單端有源探頭

N2795A/96A采用AutoProbe接口(與安捷倫的InfiniVision和Infiniium示波器兼容)供電。這些探頭整合了通用高速探測(特別是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件設(shè)計(jì)/特性分析和教育研究應(yīng)用)所需的諸多特性。

這些探頭的一個(gè)重要特性是其1MΩ的輸入電阻和1pF的極低輸入電容，可支持待測器件(DUT)的超低負(fù)載。再加上極高的信號(hào)保真度，使得這些探頭適合用于如今的大多數(shù)數(shù)字邏輯電壓。這些探頭還具有寬動(dòng)態(tài)范圍(±8 V)和偏移范圍(N2796A為±12V，N2796A為±8V)。

根據(jù)環(huán)境進(jìn)行改變

示波器廠商一般傾向于用戶用自己的探頭與他們的示波器配合使用，但是這并不總是能夠?qū)崿F(xiàn)，甚至是不可取的。為此，測試裝置供應(yīng)商一般提供適配器，這樣你就可以將一個(gè)探頭與另一個(gè)示波器配合使用。

軟件

儀器廠商一直致力于開發(fā)特定于應(yīng)用的軟件包的工作，以改善給定儀器專門用于特定細(xì)分市場的局面。力科公司最近發(fā)布的針對(duì)汽車市場的三個(gè)這樣的軟件包就是其中一個(gè)例子。

博通(Broadcom)公司以及MOST公司的合作伙伴等汽車和芯片廠商現(xiàn)已成為力科公司的兩個(gè)QualiPHY (QPHY)自動(dòng)化一致性測試軟件包的推動(dòng)力。開發(fā)人員可以利用這些軟件包為娛樂和信息娛樂應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更低的成本、更低的功率、更高的通用性和魯棒的系統(tǒng)。此外，力科公司的汽車總線分析儀(VBA)測試解決方案通過擴(kuò)展后已可在WaveRunner 6 Zi、WavePro 7 Zi和WaveMaster 8 Zi示波器平臺(tái)上工作。

QPHY軟件包可提供自動(dòng)化測試腳本，該測試腳本可實(shí)現(xiàn)MOST 50 ePHY和150 oPHY信號(hào)的快速可靠測試。MOST(媒體定向系統(tǒng)傳輸)是一個(gè)在汽車市場中廣泛使用的多媒體和信息娛樂網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。隨著客戶對(duì)連接至視頻顯示屏和汽車娛樂系統(tǒng)的設(shè)備的需求的快速增長，這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

過去五年來，這種需求一直在極大地增長，這給汽車設(shè)計(jì)工程師帶來了更多的測試挑戰(zhàn)，他們需要確保同一網(wǎng)絡(luò)中的所有器件(視頻顯示屏；GPS導(dǎo)航；音頻、DVD、CD和衛(wèi)星無線電；藍(lán)牙連接以及麥克風(fēng)系統(tǒng))具有很好的互操作性，不會(huì)產(chǎn)生任何干擾。

博通最近發(fā)布的BroadR-Reach技術(shù)針對(duì)通過無屏蔽單雙絞線布線的100Mbps以太網(wǎng)連接。BroadR-Reach技術(shù)已針對(duì)多種汽車應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，該技術(shù)支持外部設(shè)備的各種連接方案。力科公司用于BroadR-Reach技術(shù)的物理層(PHY)測試方案包括自動(dòng)化QualiPHY一致性測試軟件包QPHY-BroadR-Reach以及所需的測試夾具和電纜。

此外，無處不在的CAN、LIN和FlexRay汽車系統(tǒng)協(xié)議已經(jīng)充當(dāng)了現(xiàn)有的每一輛汽車中的關(guān)鍵角色。力科公司的VBA測試包在一個(gè)方案中整合了CAN、LIN和FlexRay觸發(fā)器、解碼和分析方案，并增加了用于FlexRay的PHY測試。

VBA解決方案具有通過汽車.dbc數(shù)據(jù)庫文件將CAN協(xié)議信號(hào)解碼成符號(hào)(應(yīng)用層)文本的獨(dú)特功能，使得用戶能夠查看所有的CAN協(xié)議棧信息，并且能夠查看影響CAN總線的額外電路內(nèi)電子信號(hào)。

VBA方案可從串行協(xié)議信息流中提取數(shù)據(jù)并在示波器顯示屏上繪制出該數(shù)據(jù)的圖表，這個(gè)額外的功能使其成為所有汽車設(shè)計(jì)工程師的必備方案。這個(gè)全面的功能組現(xiàn)已在WaveRunner 6 Zi、WavePro 7 Zi和WaveMaster 8 Zi示波器平臺(tái)上提供。

自動(dòng)探頭校準(zhǔn)

盡管電纜和探頭的損耗是固有的，但是儀器廠商一直在不遺余力地將其探測系統(tǒng)中的通道損耗降到最小。根據(jù)不同的配置，損耗可能相當(dāng)大。有些時(shí)候損耗足以引起測量變化，從而導(dǎo)致獲得不一致的測量結(jié)果。此外，不同探頭的頻率響應(yīng)和相位特性也不盡相同，因此必須對(duì)每個(gè)探頭和電纜進(jìn)行特性分析和考量，以確保最真實(shí)地再現(xiàn)信號(hào)。

為確保用戶充分利用他們的示波器和探頭，安捷倫公司為其Infiniium 90000 X-Series和90000A系列示波器提供了PrecisionProbe軟件。該軟件可與Infiniium示波器中的內(nèi)置硬件配合工作，這使得工程師能夠在不使用任何外部裝置的情況下自動(dòng)對(duì)示波器輸入的任何通道的響應(yīng)進(jìn)行特性分析和校正。PrecisionProbe軟件提供的分析可以提高測量裕量，這樣工程師即可實(shí)現(xiàn)最精確的測量。

安捷倫的N2809A PrecisionProbe軟件不僅可以快速校正電纜和通道插入損耗，還可以校正相位線性和幅度平坦度等探測問題。該軟件可匹配電路上的每一個(gè)電纜或探頭的頻率響應(yīng)和相位。它還可以在不增加其他裝置的情況下對(duì)開關(guān)等通道的損耗進(jìn)行特性分析和補(bǔ)償。

安捷倫公司稱，PrecisionProbe是實(shí)時(shí)示波器的第一個(gè)軟件，該軟件可以為探頭提供全面的交流校準(zhǔn)(而不僅僅是直流校準(zhǔn)和偏斜校正)。