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如何用示波器直接測(cè)量和補(bǔ)償高頻電纜的損耗？
2015-09-04
使用VNA 或 TDR測(cè)量和表征電纜損耗，是非常傳統(tǒng)的方法。 VNA是一種測(cè)量被測(cè)件頻率響應(yīng)的儀器，正弦波掃頻輸入到 被測(cè)對(duì)象，然后計(jì)算輸入?yún)⒖夹盘?hào)與傳輸信號(hào)或反射信號(hào)間的矢量幅度比，得到整個(gè)掃頻范圍內(nèi)的S21、S11參數(shù)，接收器內(nèi)的帶通濾波器會(huì)把測(cè)量中的噪聲和無用信號(hào)濾除掉，以提高測(cè)量精度。 TDR的工作原理是將階躍信號(hào)( 很快的上升沿)發(fā)送到 被測(cè)對(duì)象，然后測(cè)量其傳輸和反射波形，根據(jù)所產(chǎn)生的反射來描述被測(cè)對(duì)象特性，現(xiàn)在的TDR示波器都可以將傳輸反射參數(shù)轉(zhuǎn)化為S參數(shù)。
當(dāng)然，VNA和TDR的操作方法，完全不同于實(shí)時(shí)示波器，需要專門的技術(shù)知識(shí)，如果不能正確測(cè)量電纜特性，所獲得的S參數(shù)文件將是無效的，可惜實(shí)時(shí)示波器軟件無法區(qū)別是有效文件還是無效文件，它只是基于該文件建立傳遞函數(shù)，這意味著有產(chǎn)生的錯(cuò)誤的危險(xiǎn)（但如果建立了壞文件，波形變換通常會(huì)警告用戶）。因?yàn)槭褂肰NA或TDR獲得電纜的S參數(shù)文件文件，不是一件容易的工作，甚至很繁瑣復(fù)雜，所以實(shí)時(shí)示波器的用戶往往寧愿忽略電纜損耗，也不愿去尋找一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)儀或TDR，并花費(fèi)數(shù)小時(shí)的時(shí)間，最后得到只是幾個(gè)ps的設(shè)計(jì)容限。許多工程師干脆做出電纜沒有損耗的假設(shè)，不幸的是隨著高速串行信號(hào)變得越來越快，電纜損耗的測(cè)量和補(bǔ)償也變得越來越重要，它已不再能忽略不計(jì)。
那么有沒有可能不使用單獨(dú)的TDR(采樣示波器)或VNA(矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀)，而得到電纜的S參數(shù)文件呢？安捷倫最近推出了一種新的方法，基于 Agilent Infiniium實(shí)時(shí)示波器，開發(fā)一個(gè)叫做N2809A PrecisionProbe( 精密探接)的軟件。 PrecisionProbe( 精密探接)是一種直接使用實(shí)時(shí)示波器本身，獲得電纜或探頭的S參數(shù)，并對(duì)其損耗進(jìn)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)能浖?，它的主要?yōu)點(diǎn)是不需借助其它儀器儀表，只使用實(shí)時(shí)示波器本身，幾分鐘的時(shí)間就能完成，而不是幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是該軟件將自動(dòng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償電纜或探頭帶來的損耗，不需要通過其它軟件，比如去嵌入軟件，來完成校準(zhǔn)或補(bǔ)償?shù)膭?dòng)作。
PrecisionProbe( 精密探接)軟件的工作原理是，利用Infiniium實(shí)時(shí)示波器自身的階躍信號(hào)(快跳變沿，通常用于示波器自校準(zhǔn)，Agilent 90000 X系列的邊沿小于15ps），經(jīng)平均處理，再施加微分函數(shù)，把它變成一個(gè)脈沖，然后對(duì)該脈沖進(jìn)行快速傅里葉變換，這樣就能在頻域表征該跳變沿。 PrecisionProbe( 精密探接)軟件，先根據(jù)上面的步驟做一次測(cè)量，得到基準(zhǔn)參數(shù)，然后如圖1所示那樣添加新電纜測(cè)量，對(duì)基準(zhǔn)參數(shù)和新測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。兩者的不同是因?yàn)樵黾恿穗娎|，因此就能得到S21特性。軟件中有一個(gè)向?qū)б龑?dǎo)用戶完成每一步驟，整個(gè)過程不到五分鐘。由于操作十分簡(jiǎn)單，工程師不再需要忽略電纜或探頭的損耗，而是可以用示波器表征和補(bǔ)償電纜或探頭的損耗。
從前面的介紹可以看到，電纜插入損耗帶來測(cè)量誤差，擠壓電氣容限，但往往被工程師和示波器用戶忽略。電纜損耗被忽略的原因，在很大程度上是因?yàn)樾枰~外的設(shè)備、繁瑣的測(cè)試過程和專門的技術(shù)知識(shí)，而并非因?yàn)殡娎|損耗可以忽略。忽略電纜損耗的后果是公司因示波器帶寬被浪費(fèi)而讓大筆資金的投入顯得不值。為解決這一難題，實(shí)時(shí)示波器廠商，安捷倫科技，發(fā)明了基于實(shí)時(shí)示波器硬件優(yōu)勢(shì)的新軟件， Agilent N2809A PrecisionProbe( 精密探接)軟件。工程師能用該軟件快速測(cè)量和補(bǔ)償電纜、夾具或開關(guān)矩陣損耗，而不需要其它設(shè)備。這一新軟件使工程師能找回原來因電纜等連接件的損耗而喪失的寶貴電氣容限，從而使產(chǎn)品更快進(jìn)入市場(chǎng)。
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