【導(dǎo)讀】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，因為類似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，可參考《DDR5驗證和測試》，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驗室完成升級！然而，根據(jù)平坦響應(yīng)系統(tǒng)帶寬公式：
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。
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，因為N5381A/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。
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!
從設(shè)計角度，預(yù)先做好可測性設(shè)計(Design For Test)，包括預(yù)留盡可能接近被測信號末端的測試點和地測試點
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)行差分和共模運算分別得到有效的差分信號和共模偏置。
這一電路特點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)端分別留測試點外，還要預(yù)留盡可能近的同一地平面的地測試點。
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，以降低測試點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。
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)
差異和優(yōu)缺點在哪里呢？
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。
在可測性設(shè)計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：
圖4 針對不同探頭前端選擇大小合適的烙鐵頭
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角度提供一些參考和建議。
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