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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(wú)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(lái)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(zhuān)門(mén)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(wú)效的，可惜實(shí)時(shí)示波器軟件無(wú)法區(qū)別是有效文件還是無(wú)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(hù)）。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(hù)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(méi)有損耗的假設(shè)，不幸的是隨著高速串行信號(hào)變得越來(lái)越快，電纜損耗的測(cè)量和補(bǔ)償也變得越來(lái)越重要，它已不再能忽略不計(jì)。
那么有沒(méi)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(kāi)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(lái)的損耗，不需要通過(guò)其它軟件，比如去嵌入軟件，來(lái)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(hù)完成每一步驟，整個(gè)過(guò)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(lái)測(cè)量誤差，擠壓電氣容限，但往往被工程師和示波器用戶(hù)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(guò)程和專(zhuān)門(mén)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(kāi)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(lái)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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