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高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南

發(fā)布時(shí)間:2020-09-01 來源:是德科技KEYSIGHT 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】示波器探頭作為測(cè)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(cè)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(cè)試的情況下,因?yàn)轭愃艱DR和MIPI之類總線在測(cè)試的時(shí)候,依然必須依靠探頭接入被測(cè)電路進(jìn)行測(cè)試。
 
高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南
圖1  DDR和MIPI-DPHY測(cè)試連接典型圖
 
關(guān)于這兩種典型總線在測(cè)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(cè)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:
 
高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南
 
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。
 
高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南
高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南
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?,但是對(duì)后續(xù)的使用和測(cè)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(cè)性設(shè)計(jì)(Design For Test),包括預(yù)留盡可能接近被測(cè)信號(hào)末端的測(cè)試點(diǎn)和地測(cè)試點(diǎn)
 
以MIPI總線測(cè)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(cè)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(cè)方法,導(dǎo)致信號(hào)探測(cè)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(cè)試點(diǎn)外,還要預(yù)留盡可能近的同一地平面的地測(cè)試點(diǎn)。
 
對(duì)其它一般Serdes信號(hào),也應(yīng)盡可能在被測(cè)線路末端或接收端預(yù)留測(cè)試點(diǎn),以降低測(cè)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(cè)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(cè)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?
 
高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南
圖2  N5426A(上)和N5451A(下)
 
高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南
表1 N5426A和N5451A不同焊線長(zhǎng)度和角度帶寬
 
可見,更長(zhǎng)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(zhǎng)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。
 
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圖3  E2677A/B(左)和N5381A/B(右)
 
差異和優(yōu)缺點(diǎn)在哪里呢?
 
高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南
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(cè)試,應(yīng)選擇阻尼電阻到測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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:
 
高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南
圖4  針對(duì)不同探頭前端選擇大小合適的烙鐵頭
 
高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南
高帶寬探頭挖潛增效和前端選擇及焊接指南
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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