网络分析仪差分信号如何测试

A. 单探头怎么测差分信号

选用单端探头还是差分探头？
技术分类： 测试与测量 | 2003-06-12
Mike McTigue，安捷伦科技公司
新的有源探头体系结构使GHz级以上的千兆信号的完整性测量变得更加容易、精度也更高，但这只对于了解探头的工作原理和探头的两种拓扑结构之间优劣的用户而言的。
宽带宽示波器和有源探头的用户历来可以在单端探头和差分探头之间作出选择。测量单端信号(对地参考电压)，你使用的是单端探头，而测量差分信
号 (正电压对负电压)，你使用的是差分探头。那么，为什么你不能只买差分探头来测量差分信号和单端信号呢？实际情况是，你可以这样做，但又存在实实在在的理由使你不能这么做。与单端探头相比，差分探头价格较贵，使用不大方便，带宽也较窄。
新的探头体系结构，如 Agilent 113X 系列的体系结构可以探测差分信号，也可以探测单端信号，而且基本上使人们不反对使用差分探头。这些探头是通过可互换的端头来提供这种能力的，而各种可互换的头经过优化，可以点测、插入插座和焊入探头。这种结构给有源探头的用户提出了新问题：测量单端信号，到底该用差分探头还是该用单端探头？答案是应由性能和可用性两个方面的权衡结果来定夺。
只要使用Agilent 1134A型 7 GHz 探头放大器的简化模型 (图1) 和已测数据以及焊入的差分和单端探头端头 (图 2)，你就可以比较它们的带宽、保真度、可用性、共模抑制特性、可重复性和尺寸大小等方面的差别。这些探头端头的物理连线几何形状相同，所以它们之间的主要性能差别是由差分拓扑结构和单端拓扑结构引起的。探头性能测量是采用 Agilent E2655A 纠偏/性能验证夹具和 Agilent 8720A 20 GHz 向量网络分析仪或者 Agilent Infiniium DCA (数字通信分析仪)采样示波器进行的。
差分探头和单端探头的简化模型的主要区别在于

图 1 差分探头和单端探头的简化模型的主要区别在于，差分探头的地线电感是与放大器输入端串联的，而不是与探头的“地”串联的。
单端探头端头和差分焊点埋入探头端头的放大图表明单端探头既简单又尺寸很小

图 2 单端探头端头和差分焊点埋入探头端头的放大图表明单端探头既简单又尺寸很小。
如前所述，单端探头的带宽通常比差分式探头宽。那么，这种差别是由物理学的某些基本定律决定的，还是实现差分体系结构这一现实情况造成的？为了探讨这个问题，请看差分探头和单端探头的连线寄生参数的简化模型（图 1）。差分探头和单端探头的几何形状相同导致它们的电感和电容值也相同。宽、扁的导体(探头片)可以降低单端探头的 LG (接地电感)值,但不明显。要注意的是，差分探头的两个输入端都有一个末端电阻器，而单端探头只在信号输入端有一个末端电阻器，地线中则没有电阻器 (在实际探头中为一个0Ω的电阻器)。这些电阻器是适当抑制输入连线的LS和CS引起的谐振所必需的 (参考文献 1)。
对单端探头模型的分析表明了电感器和电容器的价值和 LG 的重要作用。在高频段，接地电感会在被测设备地和探头地之间产生一个电压，从而减少衰减器/放大器输入端的信号强度。如果你能降低 LG，探头的带宽就可以增大。
要减少接地电感，就要缩短地线或者加粗地线。极限条件下，理想的地线是短而宽的平面导体，或者是包围信号线的圆柱体(形成同轴探头连线)。这些理想的地线对于现实的探测来说通常都是不切实际的，而且还会大大降低单端探头的可用性。把单端探头限制在一个无法用于实际测量的同轴夹具中也是不现实的。
对用差分信号 (VCM=0, VP=VM) 驱动的差分探头模型的分析表明，由于正信号连线和负信号连线的固有对称性，这两根连线之间存在着一个净信号值为零的平面。人们可以把这个“有效的”地平面看作是与被测设备接地平面和探头放大器地线连接的。考虑到这个有效的接地平面，你就可以分析半个电路的模型，在这一模型中，地平面上方的信号环路面积大约是整个环路的一半，因此，具有单端探头模型电感的一半。对这半个电路模型的分析表明其带宽宽得多了。此外，这个有效地平面是理想的地线，而又不妨碍探头的可用性。
当一个单端信号源驱动差分探头时，人们可以采用叠加原理来确定整个响应特性。在该模型中，你可以通过使 VCM=VP=VM 来施加单端信号。对于叠加的第一项，你要切断 VCM，而对于第二项，你要切断 VP 和 VM。第一项就是对单端信号的差分分量的响应，所以该响应与前面的分析相同。第二项是对单端信号共模分量的响应，所以，探头的共模抑制特性决定这一响应。
如果探头具有良好的共模抑制特性，则对单端信号的总响应就是对单端信号的差分分量的响应。如果探头的共模抑制特性不够好，则其后果就会以差分信号和单端信号测量值之差的形式表现出来。图 3 中的红色曲线和绿色曲线表明这两种响应之间实际上没有差别。
图 3 示出了探测一个单端信号的差分探头 (绿色) 和探测一个单端信号的单端探头 (蓝色)的已测频率响应曲线。两种探头用的都是 7GHz 探头放大器。探头的带宽定义为探头输出除以探头输入所得的值再降低 3 d
上面的图片在网址上看

B. 怎么测量CAN差分信号

测量CAN差分信号方法如下：

1、只测CANH或CANL。逻辑分析仪的地线接系统地，其中一通道接CANH，然后设置逻辑分析的比较门限电平为3伏即可；

2、系统地没引出来，逻辑分析仪的地线接CANL，测量通道接CANH，这种方式要特别注意，由于PC地与被测系统地是共地的，所以需要做隔离，这个要特别注意，需要用笔记本电脑测，而且电脑不能接外置电源，这样以保证隔离效果；

3、同时测CANL和CANH，逻辑分析仪的PODA和PODB的比较电压是可以单独调的，这时我们可以用

C. 如何使用示波器测量差分信号

选用差分探头测到信号真实客观，若没有差分探头，可使用两个差分探头接到示波器的两个通道上(如 Ch1, Ch2)，然后用数学运算，得到 ch1-ch2 的波形并进行分析，这时尽量保持两根探头完全一样，示波器两个通道的 Vertical scale ( 每格多少伏)设置一样，否则误差会较大，致远电子ZDS系列示波器及其差分探头能够精准测量差分信号，使用的时可以参考下。

D. 矢量网络分析仪可以测试差分信号吗

GY5110线缆对线器
判断准确、可任意接线（不需公用地线）等一系列优点。可大大提高施工进度，是电力、电信、自动化控制等现场施工中的新型测试工具。本品是在参考国外新型对线工具的特点，结合我国实际情况而设计的，采用了先进的数字识别技术，使测试工作变得更简单，更准确。
1、整套仪器由一个发射器和一个接收器组成；
2、无需先确定公用线，方便使用；
3、电线识别、分线，应用于一束电线或多根电线的区分；
4、一次可识别10根线，如需区分更多电线可多次测量或用多个仪器；
5、可判断导线间是否短路或断路；
6、接收器也是一个通断检测器，可用于测量电线是否导通；
7、结构小巧，易于单人手持操作。

E. 网络分析仪使用方法是什么

首先设置频率：按CENTER键（假如设置中心频率为506M的滤波器，就直接设置为506M）。

在设置带宽（显示带宽）：按SPAN键，一般设置为100M。

再按CAL键 → CAL IBRATE MENU(第三个键) → RESPONSE（再第二个键） → THRU再按MARKER键设置第一个标记点，再按MARKER设置第二点，在依次内推（一般设置5个标记点。）

F. 怎么使用网络分析仪准确的测试数据

测试前的设置：
1、网络分析仪端口连接专用测试电缆；
2、频率范围按照被测件DUT的频率范围设置；
3、当测量增益最大值Gain的放大器等DUT时，设置输出功率PWR>>Power:-Gain，另需注意DUT输出功率不可超出量程（如0dBm）;
4、中频带宽设置依据测试标准或BW>>Bandwidth:1kHz；
5、测量点数依据标准或Sweep>>numberofpoints:401；
6、连接自动校准件执行校准CAL>>StartAutocal；
7、如果只有手动校准件，矢网必须加载校准件匹配的数据文件，不可用ideal数据，执行UOSM或TOSM校准；
8、注意专用测试电缆测试端口的类型与校准件必须一致，不可转接。
经过上述设置和校准后，选定所需测试项进行测试。
下表左栏列举常用基本测试项，右栏内容是该测试项对应的仪器设置：
测试项目仪器设置驻波
MEAS>>S11或S22；
FORMAT>>SWR；
无单位
回波损耗
MEAS>>S11或S22；
FORMAT>>dBMag；
单位dB
插入损耗
增益
MEAS>>S21或S12;
FORMAT>>dBMag；
单位dB
复阻抗
MEAS>>S11或S22;
FORMAT>>Smith；
Marker读数，显示格式R+jX阻抗实部和虚部，以及电阻、电感和电容
阻抗MEAS>>Z<-S11；
单位Ω
相位
MEAS>>S21或S12;
FORMAT>>Phase；
单位°
群时延
MEAS>>S21或S12;
FORMAT>>Delay；
单位s
获取测试数据：
1、光标Marker在曲线上选点读数，是分析数据的基本功能;
2、支持打开多个Marker;
3、Marker>>Search能对曲线数据进行最大值以及最小值等条件搜索;
4、Marker还有滤波器测量功能;
5、曲线数据可以导出为*.snp文件或matlab以及ASCII文本格式文件，Trace>>Tracedata;
6、屏幕图像可保存为图形文件，Print>>toFile.
希望以上内容可以帮到你

G. 示波器如何测量差分信号

差分信号一般应用于高速率、长距离通信，采用差分形式一方面是降低共模噪声，另一方面是正负两端波形反相，也就是说两个波形相加结果为零，此时对外界的共模干扰也是最小的。

通过示波器评估差分信号有两种方式，一种是根据差分相减测量时钟眼图抖动等等，另一种可以通过差分信号相加来评估它的两路信号延迟、对外部的共模干扰等。

示波器测量差分信号的演示视频网页链接

H. 如何使用示波器测量差分信号 - 示波器基础知识100问（上）

23． 如何使用示波器测量差分信号？ 答：最好的方法是选用差分探头，这时测到的信号最为真实客观；若没有差分探头，可使用 两个差分探头接到示波器的两个通道上（如 Ch1， Ch2），然后用数学运算，得到 ch1-ch2 的波 形并进行分析，这时尽量保持两根探头完全一样，示波器两个通道的 Vertical scale （ 每格多 少伏）设置一样，否则，误差会较大。 24． 怎样用示波器测量出 USB 总线上的差分信号？ 答：USB 信号的测试分为 2 种情况： 第一种是需要进行符合 USB 组织定义 USB1.1/2.0 总线的物理层测试规范，只有通过 USB 一致性测试后方可打上 USB 标识。USB 物理层一致性测试分为很多个测试项目，主要是考察 USB 信号的信号质量如何，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。 第二种情况是仅观测 USB 总线上的信号，可以选择合适的差分探头连接到 D+， D-，直接进 行 USB 信号的观测。USB2.0 信号速度比较快，上升时间为几百皮秒，为了保证信号的包真度测试，需要选择大于 2GHz 的示波器和差分探头进行测试。 25． PCB 板上的高速信号特征：XAUI 接口3.125GBd 串行差分信号：60ps，请问需要 多高带宽的示波器才能精确测量？测量误差可达多少？ 答：对 XAUI 接口 3.125GBd 串行差分信号，听起来有点象 InfiniBand 信号，用正弦内插的 方式，或类似等效采样的方式来采集，但由于本身带宽和触发抖动等因素，在其测量 100ps ~ 130ps 范围内的上升时间时，采用 7GHz 差分探头可保证误差《3%，对于《 80ps 的上升时 间测量，其误差会大于 10%， 虽然这已经是实时示波器中最好的方案，单就上升时间测量而 言，最精确的方案是安捷伦的网络分析仪（需配上物理层分析软件），因为其带宽可高达 50GH z。 26． 对时钟的相位噪声参数的要求很高的设计，需要考虑哪些关键性的问题来降低相位噪声？ 答：在 ADC，DAC 的器件中衡量性能有很多项指标：象位数、转换速度、DC 精度、开关性 能、动态性能（SNR， SINAD，IMD）等等。 27． 对时钟的相位噪声参数的要求很高的设计，怎样测量相位噪声？ 答：从示波器的角度来看，可以测试 ADC，DAC 的模拟和数字信号的幅度，时间，转换后的 信号质量，转换速度，时钟和数据的建立/保持时间等参数，还可以通过 TDS 示波器中的高 级运算功能（频谱分析功能）来定性测量 SNR，SINAD 等参数。 28． 由于可能需要引入外界的时钟，这样时钟存在2 选1的问题，此时用什么方案才能 使相位噪声的恶化最小？ 答：首先要分析抖动产生的来源，示波器来分析抖动是一个很好的工具，目前可以使用 TDS5000B/6000B/7000B 系列示波器配合抖动分析软件进行彻底抖动分析，象确定抖动（Dj）， 随机抖动（Rj），Rj 和 Dj 的分离，最后通过分析造成抖动的原因来消除抖动。 29． 在示波器上看波形时，用外触发和自触发来看有何区别？ 答：示波器的通常触发是边沿触发，其触发条件有 2 个，触发电平和触发边沿；即：信号的 上升沿（或者下降沿）达到某一特定电平（触发电平）时，示波器触发。 示波器只有在信 号自触发有问题的时候才会使用外触发，没有哪一个更好的问题。而这种问题通常可能是， 信号比较复杂， 有很多满足触发条件的点，无法每次在同一位置触发，从而得到稳定的显 示。这时需要使用外触发。举例如下： 观测上面的信号，由于 ABCD 各点都会触发，示波器显示波形将不能稳定。这时可以使用 下面的信号作为触发信号，示波器将得到能够全部周期的显示。 30． TDS3032B 的带宽是 300MHz，采样频率为 2.5G/s，采样频率为带宽的 8 倍。请问带宽和采样频率之间有什么固定关系？我们也有一款其它厂家的示波器，带宽 100MHz、 采样频率只有 200MHz。为什么两个示波器的带宽采样频率比相差这么大？ 答：带宽是示波器最重要的指标，因为在数字示波器中有 ADC，它的采样率理论上需要满 足 Nyquist 采样定律，即被测信号的最高频率信号的每个周期理论上至少需要采 2 个点，否 则会造成混叠。但是在实际上还取决于很多其它的因素，比如波形的重构算法等。泰克示波 器采用先进的波形重构算法，被测信号的每个周期只需要 2.5 个点就能够重构波形。也有的 示波器采用线性插值算法，可能就需要 10 个点。一般采样率是带宽的 4－5 倍就可以比较准 确地再现波形。 泰克的 TDS3000B 系列是“实时采样”示波器，即，它的单次带宽（捕获单次信号的能力） ＝重复带宽，您所说的另一种示波器的单次带宽显然不到 100MHz，您可以看一下它的指标。 31． 示波器指标中的带宽如何理解？ 答：带宽是示波器的基本指标，和放大器带宽的定义一样，是所谓的－3dB 点，即，在示波 器的输入加正弦波，幅度衰减为实际幅度的 70.7%时的频率点称为带宽。也就是说，使用 100MHz 带宽的示波器测量 1V，100MHz 的正弦波，得到的幅度只有 0.707V。这还只是正 弦波的情形。因此，我们在选择示波器的时候，为达到一定的测量精度，应该选择信号最高 频率 5 倍的带宽。 32． 测量系统的总带宽如何获得？

I. 怎么测量CAN差分信号

可以选择支持CAN协议解码的示波器或者逻辑分析仪，或者是CAN总线分析仪。若使用示波器，像ZDS2022这种示波器，需要使用差分探头才能测试CAN_DIFF信号；使用逻辑分析仪的话，因为只支持单端信号测试，也没有差分探头，接线会稍微有点麻烦，可以使用下面三种方法进行测试，我用的是LAB7504，可能第三种方式只适合具有PODA和PODB端口的逻辑分析仪：

1)第一种测量方式，只测CAN_H或CAN_L。逻辑分析仪的地线接系统地，其中一通道接CANH，然后设置逻辑分析的比较门限电平为3V左右就可以。
2)第二种测量方式，系统地没引出来，逻辑分析仪的地线接CANL，测量通道接CANH，这种方式要特别注意，由于PC地(即逻辑分析仪地)与被测系统地是共地的，所以需要做隔离，这个要特别注意，需要用笔记本电脑测，而且电脑不能接外置电源，这样以保证隔离效果。
3)第三种测量方式，同时测CANL和CANH，逻辑分析仪的PODA和PODB的比较电压是可以单独调的，这时我们可以用PODA的测量通道接CANH，并且设置PODA的比较电平设为3V左右。用PODB的测量通道接CANL，并且设置PODB的比较电平为1.5V左右。这样就可以同时观测两个信号。使用CAN总线分析仪，那就方便多了，功能相对会专业些。这三种仪器的功能跟价格都不一样，关键看自己的测试需求。