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标题: 实验室难题之—— 6GHz以上示波器的校准 [打印本页]

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作者: stupid    时间: 2012-5-2 21:31
标题: 实验室难题之—— 6GHz以上示波器的校准
示波器是非常常用的电子测量仪器，是全球市场最大的电子测量仪器，全球市场高达12亿美元。
# G, t7 L/ ]% a示波器每使用1年或使用2000个小时都应该计量一次，确保示波器的指标满足规范要求，确保示波器能作为一个标准去测量和检验被测电子设备。
) k! ]3 p8 L9 b! t
计量示波器最常用的工具是9500B示波器计量仪,但是因为9500B的最高频率只有6.4GHz，所以只能计量6GHz及以下的示波器。但是现在示波器带宽已经突破30GHz，最新的90000-Q系列示波器达到63GHz带宽，13GHz带宽和20GHz带宽的示波器已经广泛使用，我们需要新的计量仪器和计量方法对6GHz以上带宽的示波器进行计量。

6GHz以上带宽的示波器主要计量如下指标：
模拟带宽（Analog Bandwidth-Maximum Frequency)
1 a, ?- c3 l0 [! `. s0 T上升时间计量（Rise Time）
5 Q. n1 ^4 h3 ?& e4 n* ]/ [偏置精度（Offset Accuracy）
直流增益精度（DC Gain Accuracy）
" B' T  B: r3 b- q时标/时基精度（Time Scale Accuracy)
1. 模拟带宽的计量
, S! A& E! }) {* z& Y7 I" k  计量示波器模拟带宽的仪器和附件如下列表：
微波信号源：E8257D
- P1 Z# Y, m: E功率计和功率探头：N1913A+E4413B
功分器：11667B或11667C
. i  k8 B6 n# i! g$ \# l同轴电缆：8120-4948（SMA-SMA)或N5180-60204（2.4mm-2.4mm)+11901A/11901C（2.4mm-3.5mm)
% D- A+ c+ Q6 J6 {- r3 n2 j' b4 N$ }   计量连接图如下所示：
$ d" Z( m2 m% W; n' H

功率计的作用是测量真正功率（作为标准值），与示波器自身测量的功率进行比较，以确定示波器标称带宽是否满足-3dB带宽要求。
# [! R/ x/ k6 e5 K0 k7 F. R- T测试时，需要对不同垂直灵敏度进行分别测试，从5mv/div测试到1v/div。每个通道也要单端测试。示波器的功率读值用Vrms进行自动参数测量。测试时需要先测试一个参考增益（用50MHz正弦波进行测试），再测试一个在带宽频率出的增益，每个增益都用-3dB进行判断。测试的结果记录到下面的表格里。
/ O1 o* g+ J5 z& r- ?& P8 nVin是用功率计测试的结果。功率计的功率测试值要换算成Vrms值，换算公式：
            
Vout是用示波器Vrms自动测量测试的结果。

* I& _0 b" Y* C) @( ~+ N1 y9 E' A
2.上升时间的计量
  ?2 A2 u" Z* Z6 `计量示波器上升时间的仪器和附件如下列表：
7ps快沿发生器：N2806A
衰减器：8493C/8490D
1 M% q3 M/ t( \1 F计量时直接把N2806A计量脉冲发生器连接到示波器，用示波器测量上升时间，确定是否满足规范要求。对于不同的垂直灵敏度，可以用衰减器衰减后在计量。
% ~3 z# R- N; n

3. 偏置精度的计量
" @' S; z* t, ?& X% y计量示波器偏置精度的仪器和附件如下列表：
数字万用表：3458A或34410A
5 g, \  p% X, j, oBNC同轴电缆：8120-1840（2根）
适配头：1250-0781（BNC Tee(m)(f)(f)),1251-2277(BNC(f) to dual banana)
计量连接图如下所示：

* I) V& b7 Q" R5 ?% o! t
; S: Y2 a7 n- R" l( l0 e0 Q1 O/ `图中，示波器的AUX OUT输出连接到BNC三通上，三通的一端连接到示波器通道1上，三通的另一端连接到数字万用表上。
8 I* [% i7 U) Z4 j3 ~: T& s在示波器内，设置AUX OUT输出直流电压，用示波器和万用表分别进行测量，然后计算偏置精度。
7 E7 I0 S) L& t7 d8 y9 H0 T示波器测试时要平均256次，然后用Vavg测试平均电压。
, G& P! U$ w1 s6 c" L7 T% n6 t" e测试之前，还要单独测试一下0电压电平错误。
测试时，先分别设置AUX OUT为+400mv，-400mv，0mv,分别用示波器和万用表测试结果。用下面公式计算结果，取2个公式计算结果的较大者作为测试结果。

然后再设置为其他值分别进行测量，测量结果记录和计算如下表所示。
% E  S: P& O0 M9 z% k5 {
0 E) I# v: B7 Z: O; ?
+ Y2 O3 U8 b$ J% t
4. 直流增益精度的计量
计量示波器直流增益精度的仪器和附件如下列表：
1 o3 O+ x# @$ @% W! l' a数字万用表：3458A或34410A
: [; ~6 F( w9 N# {  q. X1 L2 \+ qBNC同轴电缆：8120-1840（2根）
" [0 l% s( t. @7 O  o7 Y适配头：1250-0781（BNC Tee(m)(f)(f)),1251-2277(BNC(f) to dual banana)
' f5 ~- r6 f1 `计量连接图与偏执精度的连接图一致。
/ c/ Z) c- M4 _2 i6 ]' j# [" w" d8 A测试时示波器测试参数和AUX OUT设置也是类似，也不列出了。
+ X# A3 h) K8 `/ O+ f计算公式列出如下。
- i. }4 c  ]" q1 `9 s' ]3 m

测量结果记录和计算如下：

& A4 `+ E: F) n6 ?6 C; T! T* _1 {" c9 m6 t
5. 时标/时基精度的计量
计量示波器时标/时基精度的仪器和附件如下列表：
0 T% C% d' H* H* N微波信号源：E8267D
4 K4 r$ m- q$ z: n频率计：53200
同轴电缆：8120-1840
* z; g+ b$ Q; i! P! s) a! m& C适配器：54855-67604,83059B
, h7 p$ M" U# q计量连接图如下所示：
! p' p  S. t) c
$ Z( Y" X) @. X
配置微波发生器输出OdBm正弦波，频率：10.00002000MHz。
0 b" G& J$ {- R: `, e, H) s设置示波器：100mV/div灵敏度，100KSa/s采样率，20ms/div时基，0V测量门限，20mv迟滞。
在示波器的通道1进行：Frequency测量。
  T9 v5 s8 g. I7 E, L3 Q+ K8 G累积捕获10次。
% f( R* v; {0 Q  d& T4 ~7 R装换平均频率值到时基误差：减去20Hz，除以10Hz/ppm。
计算测试限制：Test Limits=+-(0.100+0.100xYears Since Calibration)（对于90000-X示波器）
8 T2 F) U5 M* Q, n* Q6 v6 Q测量结果记录和计算如下：
1 m$ ], W# S# f7 k+ Z& m" w

  K$ Y' N& y: f1 F, O, Y

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2012-5-2 21:26 上传

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作者: yangtse427    时间: 2012-5-9 08:52
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