網路分析儀差分信號如何測試

A. 單探頭怎麼測差分信號

選用單端探頭還是差分探頭？
技術分類： 測試與測量 | 2003-06-12
Mike McTigue，安捷倫科技公司
新的有源探頭體系結構使GHz級以上的千兆信號的完整性測量變得更加容易、精度也更高，但這只對於了解探頭的工作原理和探頭的兩種拓撲結構之間優劣的用戶而言的。
寬頻寬示波器和有源探頭的用戶歷來可以在單端探頭和差分探頭之間作出選擇。測量單端信號(對地參考電壓)，你使用的是單端探頭，而測量差分信
號 (正電壓對負電壓)，你使用的是差分探頭。那麼，為什麼你不能只買差分探頭來測量差分信號和單端信號呢？實際情況是，你可以這樣做，但又存在實實在在的理由使你不能這么做。與單端探頭相比，差分探頭價格較貴，使用不大方便，帶寬也較窄。
新的探頭體系結構，如 Agilent 113X 系列的體系結構可以探測差分信號，也可以探測單端信號，而且基本上使人們不反對使用差分探頭。這些探頭是通過可互換的端頭來提供這種能力的，而各種可互換的頭經過優化，可以點測、插入插座和焊入探頭。這種結構給有源探頭的用戶提出了新問題：測量單端信號，到底該用差分探頭還是該用單端探頭？答案是應由性能和可用性兩個方面的權衡結果來定奪。
只要使用Agilent 1134A型 7 GHz 探頭放大器的簡化模型 (圖1) 和已測數據以及焊入的差分和單端探頭端頭 (圖 2)，你就可以比較它們的帶寬、保真度、可用性、共模抑制特性、可重復性和尺寸大小等方面的差別。這些探頭端頭的物理連線幾何形狀相同，所以它們之間的主要性能差別是由差分拓撲結構和單端拓撲結構引起的。探頭性能測量是採用 Agilent E2655A 糾偏/性能驗證夾具和 Agilent 8720A 20 GHz 向量網路分析儀或者 Agilent Infiniium DCA (數字通信分析儀)采樣示波器進行的。
差分探頭和單端探頭的簡化模型的主要區別在於

圖 1 差分探頭和單端探頭的簡化模型的主要區別在於，差分探頭的地線電感是與放大器輸入端串聯的，而不是與探頭的「地」串聯的。
單端探頭端頭和差分焊點埋入探頭端頭的放大圖表明單端探頭既簡單又尺寸很小

圖 2 單端探頭端頭和差分焊點埋入探頭端頭的放大圖表明單端探頭既簡單又尺寸很小。
如前所述，單端探頭的帶寬通常比差分式探頭寬。那麼，這種差別是由物理學的某些基本定律決定的，還是實現差分體系結構這一現實情況造成的？為了探討這個問題，請看差分探頭和單端探頭的連線寄生參數的簡化模型（圖 1）。差分探頭和單端探頭的幾何形狀相同導致它們的電感和電容值也相同。寬、扁的導體(探頭片)可以降低單端探頭的 LG (接地電感)值,但不明顯。要注意的是，差分探頭的兩個輸入端都有一個末端電阻器，而單端探頭只在信號輸入端有一個末端電阻器，地線中則沒有電阻器 (在實際探頭中為一個0Ω的電阻器)。這些電阻器是適當抑制輸入連線的LS和CS引起的諧振所必需的 (參考文獻 1)。
對單端探頭模型的分析表明了電感器和電容器的價值和 LG 的重要作用。在高頻段，接地電感會在被測設備地和探頭地之間產生一個電壓，從而減少衰減器/放大器輸入端的信號強度。如果你能降低 LG，探頭的帶寬就可以增大。
要減少接地電感，就要縮短地線或者加粗地線。極限條件下，理想的地線是短而寬的平面導體，或者是包圍信號線的圓柱體(形成同軸探頭連線)。這些理想的地線對於現實的探測來說通常都是不切實際的，而且還會大大降低單端探頭的可用性。把單端探頭限制在一個無法用於實際測量的同軸夾具中也是不現實的。
對用差分信號 (VCM=0, VP=VM) 驅動的差分探頭模型的分析表明，由於正信號連線和負信號連線的固有對稱性，這兩根連線之間存在著一個凈信號值為零的平面。人們可以把這個「有效的」地平面看作是與被測設備接地平面和探頭放大器地線連接的。考慮到這個有效的接地平面，你就可以分析半個電路的模型，在這一模型中，地平面上方的信號環路面積大約是整個環路的一半，因此，具有單端探頭模型電感的一半。對這半個電路模型的分析表明其帶寬寬得多了。此外，這個有效地平面是理想的地線，而又不妨礙探頭的可用性。
當一個單端信號源驅動差分探頭時，人們可以採用疊加原理來確定整個響應特性。在該模型中，你可以通過使 VCM=VP=VM 來施加單端信號。對於疊加的第一項，你要切斷 VCM，而對於第二項，你要切斷 VP 和 VM。第一項就是對單端信號的差分分量的響應，所以該響應與前面的分析相同。第二項是對單端信號共模分量的響應，所以，探頭的共模抑制特性決定這一響應。
如果探頭具有良好的共模抑制特性，則對單端信號的總響應就是對單端信號的差分分量的響應。如果探頭的共模抑制特性不夠好，則其後果就會以差分信號和單端信號測量值之差的形式表現出來。圖 3 中的紅色曲線和綠色曲線表明這兩種響應之間實際上沒有差別。
圖 3 示出了探測一個單端信號的差分探頭 (綠色) 和探測一個單端信號的單端探頭 (藍色)的已測頻率響應曲線。兩種探頭用的都是 7GHz 探頭放大器。探頭的帶寬定義為探頭輸出除以探頭輸入所得的值再降低 3 d
上面的圖片在網址上看

B. 怎麼測量CAN差分信號

測量CAN差分信號方法如下：

1、只測CANH或CANL。邏輯分析儀的地線接系統地，其中一通道接CANH，然後設置邏輯分析的比較門限電平為3伏即可；

2、系統地沒引出來，邏輯分析儀的地線接CANL，測量通道接CANH，這種方式要特別注意，由於PC地與被測系統地是共地的，所以需要做隔離，這個要特別注意，需要用筆記本電腦測，而且電腦不能接外置電源，這樣以保證隔離效果；

3、同時測CANL和CANH，邏輯分析儀的PODA和PODB的比較電壓是可以單獨調的，這時我們可以用

C. 如何使用示波器測量差分信號

選用差分探頭測到信號真實客觀，若沒有差分探頭，可使用兩個差分探頭接到示波器的兩個通道上(如 Ch1, Ch2)，然後用數學運算，得到 ch1-ch2 的波形並進行分析，這時盡量保持兩根探頭完全一樣，示波器兩個通道的 Vertical scale ( 每格多少伏)設置一樣，否則誤差會較大，致遠電子ZDS系列示波器及其差分探頭能夠精準測量差分信號，使用的時可以參考下。

D. 矢量網路分析儀可以測試差分信號嗎

GY5110線纜對線器
判斷准確、可任意接線（不需公用地線）等一系列優點。可大大提高施工進度，是電力、電信、自動化控制等現場施工中的新型測試工具。本品是在參考國外新型對線工具的特點，結合我國實際情況而設計的，採用了先進的數字識別技術，使測試工作變得更簡單，更准確。
1、整套儀器由一個發射器和一個接收器組成；
2、無需先確定公用線，方便使用；
3、電線識別、分線，應用於一束電線或多根電線的區分；
4、一次可識別10根線，如需區分更多電線可多次測量或用多個儀器；
5、可判斷導線間是否短路或斷路；
6、接收器也是一個通斷檢測器，可用於測量電線是否導通；
7、結構小巧，易於單人手持操作。

E. 網路分析儀使用方法是什麼

首先設置頻率：按CENTER鍵（假如設置中心頻率為506M的濾波器，就直接設置為506M）。

在設置帶寬（顯示帶寬）：按SPAN鍵，一般設置為100M。

再按CAL鍵 → CAL IBRATE MENU(第三個鍵) → RESPONSE（再第二個鍵） → THRU再按MARKER鍵設置第一個標記點，再按MARKER設置第二點，在依次內推（一般設置5個標記點。）

F. 怎麼使用網路分析儀准確的測試數據

測試前的設置：
1、網路分析儀埠連接專用測試電纜；
2、頻率范圍按照被測件DUT的頻率范圍設置；
3、當測量增益最大值Gain的放大器等DUT時，設置輸出功率PWR>>Power:-Gain，另需注意DUT輸出功率不可超出量程（如0dBm）;
4、中頻帶寬設置依據測試標准或BW>>Bandwidth:1kHz；
5、測量點數依據標准或Sweep>>numberofpoints:401；
6、連接自動校準件執行校準CAL>>StartAutocal；
7、如果只有手動校準件，矢網必須載入校準件匹配的數據文件，不可用ideal數據，執行UOSM或TOSM校準；
8、注意專用測試電纜測試埠的類型與校準件必須一致，不可轉接。
經過上述設置和校準後，選定所需測試項進行測試。
下表左欄列舉常用基本測試項，右欄內容是該測試項對應的儀器設置：
測試項目儀器設置駐波
MEAS>>S11或S22；
FORMAT>>SWR；
無單位
回波損耗
MEAS>>S11或S22；
FORMAT>>dBMag；
單位dB
插入損耗
增益
MEAS>>S21或S12;
FORMAT>>dBMag；
單位dB
復阻抗
MEAS>>S11或S22;
FORMAT>>Smith；
Marker讀數，顯示格式R+jX阻抗實部和虛部，以及電阻、電感和電容
阻抗MEAS>>Z<-S11；
單位Ω
相位
MEAS>>S21或S12;
FORMAT>>Phase；
單位°
群時延
MEAS>>S21或S12;
FORMAT>>Delay；
單位s
獲取測試數據：
1、游標Marker在曲線上選點讀數，是分析數據的基本功能;
2、支持打開多個Marker;
3、Marker>>Search能對曲線數據進行最大值以及最小值等條件搜索;
4、Marker還有濾波器測量功能;
5、曲線數據可以導出為*.snp文件或matlab以及ASCII文本格式文件，Trace>>Tracedata;
6、屏幕圖像可保存為圖形文件，Print>>toFile.
希望以上內容可以幫到你

G. 示波器如何測量差分信號

差分信號一般應用於高速率、長距離通信，採用差分形式一方面是降低共模雜訊，另一方面是正負兩端波形反相，也就是說兩個波形相加結果為零，此時對外界的共模干擾也是最小的。

通過示波器評估差分信號有兩種方式，一種是根據差分相減測量時鍾眼圖抖動等等，另一種可以通過差分信號相加來評估它的兩路信號延遲、對外部的共模干擾等。

示波器測量差分信號的演示視頻網頁鏈接

H. 如何使用示波器測量差分信號 - 示波器基礎知識100問（上）

23． 如何使用示波器測量差分信號？ 答：最好的方法是選用差分探頭，這時測到的信號最為真實客觀；若沒有差分探頭，可使用 兩個差分探頭接到示波器的兩個通道上（如 Ch1， Ch2），然後用數學運算，得到 ch1-ch2 的波 形並進行分析，這時盡量保持兩根探頭完全一樣，示波器兩個通道的 Vertical scale （ 每格多 少伏）設置一樣，否則，誤差會較大。 24． 怎樣用示波器測量出 USB 匯流排上的差分信號？ 答：USB 信號的測試分為 2 種情況： 第一種是需要進行符合 USB 組織定義 USB1.1/2.0 匯流排的物理層測試規范，只有通過 USB 一致性測試後方可打上 USB 標識。USB 物理層一致性測試分為很多個測試項目，主要是考察 USB 信號的信號質量如何，像 Signal Quality Test、 Droop & Drop Test、 Inrush Current Test、 HS Specific Tests、 Chirp Test 、Monotonic Test、 Receiver sensitivity Test、 Impedance Test （TDR） 等等。 第二種情況是僅觀測 USB 匯流排上的信號，可以選擇合適的差分探頭連接到 D+， D-，直接進 行 USB 信號的觀測。USB2.0 信號速度比較快，上升時間為幾百皮秒，為了保證信號的包真度測試，需要選擇大於 2GHz 的示波器和差分探頭進行測試。 25． PCB 板上的高速信號特徵：XAUI 介面3.125GBd 串列差分信號：60ps，請問需要 多高帶寬的示波器才能精確測量？測量誤差可達多少？ 答：對 XAUI 介面 3.125GBd 串列差分信號，聽起來有點象 InfiniBand 信號，用正弦內插的 方式，或類似等效采樣的方式來採集，但由於本身帶寬和觸發抖動等因素，在其測量 100ps ~ 130ps 范圍內的上升時間時，採用 7GHz 差分探頭可保證誤差《3%，對於《 80ps 的上升時 間測量，其誤差會大於 10%， 雖然這已經是實時示波器中最好的方案，單就上升時間測量而 言，最精確的方案是安捷倫的網路分析儀（需配上物理層分析軟體），因為其帶寬可高達 50GH z。 26． 對時鍾的相位雜訊參數的要求很高的設計，需要考慮哪些關鍵性的問題來降低相位雜訊？ 答：在 ADC，DAC 的器件中衡量性能有很多項指標：象位數、轉換速度、DC 精度、開關性 能、動態性能（SNR， SINAD，IMD）等等。 27． 對時鍾的相位雜訊參數的要求很高的設計，怎樣測量相位雜訊？ 答：從示波器的角度來看，可以測試 ADC，DAC 的模擬和數字信號的幅度，時間，轉換後的 信號質量，轉換速度，時鍾和數據的建立/保持時間等參數，還可以通過 TDS 示波器中的高 級運算功能（頻譜分析功能）來定性測量 SNR，SINAD 等參數。 28． 由於可能需要引入外界的時鍾，這樣時鍾存在2 選1的問題，此時用什麼方案才能 使相位雜訊的惡化最小？ 答：首先要分析抖動產生的來源，示波器來分析抖動是一個很好的工具，目前可以使用 TDS5000B/6000B/7000B 系列示波器配合抖動分析軟體進行徹底抖動分析，象確定抖動（Dj）， 隨機抖動（Rj），Rj 和 Dj 的分離，最後通過分析造成抖動的原因來消除抖動。 29． 在示波器上看波形時，用外觸發和自觸發來看有何區別？ 答：示波器的通常觸發是邊沿觸發，其觸發條件有 2 個，觸發電平和觸發邊沿；即：信號的 上升沿（或者下降沿）達到某一特定電平（觸發電平）時，示波器觸發。 示波器只有在信 號自觸發有問題的時候才會使用外觸發，沒有哪一個更好的問題。而這種問題通常可能是， 信號比較復雜， 有很多滿足觸發條件的點，無法每次在同一位置觸發，從而得到穩定的顯 示。這時需要使用外觸發。舉例如下： 觀測上面的信號，由於 ABCD 各點都會觸發，示波器顯示波形將不能穩定。這時可以使用 下面的信號作為觸發信號，示波器將得到能夠全部周期的顯示。 30． TDS3032B 的帶寬是 300MHz，采樣頻率為 2.5G/s，采樣頻率為帶寬的 8 倍。請問帶寬和采樣頻率之間有什麼固定關系？我們也有一款其它廠家的示波器，帶寬 100MHz、 采樣頻率只有 200MHz。為什麼兩個示波器的帶寬采樣頻率比相差這么大？ 答：帶寬是示波器最重要的指標，因為在數字示波器中有 ADC，它的采樣率理論上需要滿 足 Nyquist 采樣定律，即被測信號的最高頻率信號的每個周期理論上至少需要采 2 個點，否 則會造成混疊。但是在實際上還取決於很多其它的因素，比如波形的重構演算法等。泰克示波 器採用先進的波形重構演算法，被測信號的每個周期只需要 2.5 個點就能夠重構波形。也有的 示波器採用線性插值演算法，可能就需要 10 個點。一般采樣率是帶寬的 4－5 倍就可以比較准 確地再現波形。 泰克的 TDS3000B 系列是「實時采樣」示波器，即，它的單次帶寬（捕獲單次信號的能力） ＝重復帶寬，您所說的另一種示波器的單次帶寬顯然不到 100MHz，您可以看一下它的指標。 31． 示波器指標中的帶寬如何理解？ 答：帶寬是示波器的基本指標，和放大器帶寬的定義一樣，是所謂的－3dB 點，即，在示波 器的輸入加正弦波，幅度衰減為實際幅度的 70.7%時的頻率點稱為帶寬。也就是說，使用 100MHz 帶寬的示波器測量 1V，100MHz 的正弦波，得到的幅度只有 0.707V。這還只是正 弦波的情形。因此，我們在選擇示波器的時候，為達到一定的測量精度，應該選擇信號最高 頻率 5 倍的帶寬。 32． 測量系統的總帶寬如何獲得？

I. 怎麼測量CAN差分信號

可以選擇支持CAN協議解碼的示波器或者邏輯分析儀，或者是CAN匯流排分析儀。若使用示波器，像ZDS2022這種示波器，需要使用差分探頭才能測試CAN_DIFF信號；使用邏輯分析儀的話，因為只支持單端信號測試，也沒有差分探頭，接線會稍微有點麻煩，可以使用下面三種方法進行測試，我用的是LAB7504，可能第三種方式只適合具有PODA和PODB埠的邏輯分析儀：

1)第一種測量方式，只測CAN_H或CAN_L。邏輯分析儀的地線接系統地，其中一通道接CANH，然後設置邏輯分析的比較門限電平為3V左右就可以。
2)第二種測量方式，系統地沒引出來，邏輯分析儀的地線接CANL，測量通道接CANH，這種方式要特別注意，由於PC地(即邏輯分析儀地)與被測系統地是共地的，所以需要做隔離，這個要特別注意，需要用筆記本電腦測，而且電腦不能接外置電源，這樣以保證隔離效果。
3)第三種測量方式，同時測CANL和CANH，邏輯分析儀的PODA和PODB的比較電壓是可以單獨調的，這時我們可以用PODA的測量通道接CANH，並且設置PODA的比較電平設為3V左右。用PODB的測量通道接CANL，並且設置PODB的比較電平為1.5V左右。這樣就可以同時觀測兩個信號。使用CAN匯流排分析儀，那就方便多了，功能相對會專業些。這三種儀器的功能跟價格都不一樣，關鍵看自己的測試需求。