实验室难题之—— 6GHz以上示波器的校准

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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。
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。
* G. ~0 L1 o( L0 a' N5 ^# K
. f7 N# g# u, V& J: w7 w. }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：
! q9 u9 }4 Y5 e模拟带宽（Analog Bandwidth-Maximum Frequency)
上升时间计量（Rise Time）
$ R2 \) c. [- O9 H9 \( `, o0 J/ N偏置精度（Offset Accuracy）
直流增益精度（DC Gain Accuracy）
时标/时基精度（Time Scale Accuracy)
1. 模拟带宽的计量
  计量示波器模拟带宽的仪器和附件如下列表：
, h( ]# t' k- K. _, J微波信号源：E8257D
2 X) @' c1 y2 @- @$ ^功率计和功率探头：N1913A+E4413B
功分器：11667B或11667C
* [/ }5 `1 D+ ]- G& k同轴电缆：8120-4948（SMA-SMA)或N5180-60204（2.4mm-2.4mm)+11901A/11901C（2.4mm-3.5mm)
9 a, U) K4 W) ]2 d   计量连接图如下所示：


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。
. G  p; t: k; s/ W/ [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。
Vin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：
9 o3 h- @1 V8 T: t) \            
Vout是用示波器Vrms自动测量测试的结果。

( Q0 e8 \0 F2 e3 W$ F9 K
5 J; K$ r, D9 y3 s% i2.上升时间的计量
; _8 ^" T8 x: r1 Z6 x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
: |/ n' K/ G, Y7 T8 g" F衰减器：8493C/8490D
/ L/ ]: y3 i4 @5 N  {7 {: i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。


* s. g4 B) U5 I2 S  b, I4 L) g, S3. 偏置精度的计量
计量示波器偏置精度的仪器和附件如下列表：
& l4 [+ G9 n+ a! A6 t4 [/ {数字万用表：3458A或34410A
5 E& n# S8 G1 P/ s# g/ H9 hBNC同轴电缆：8120-1840（2根）
% h# F. o5 j' L5 u3 D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：


( r2 L/ H( W6 l3 ^( s0 o* T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。
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。
" P3 G$ {' o' a! D示波器测试时要平均256次，然后用Vavg测试平均电压。
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。

5 C( T) w9 k. E1 H& N9 o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。
$ u* |& P8 Q5 k4 Y
' d( A$ ^4 Z% g

4. 直流增益精度的计量
0 W- U* B5 K! }4 V0 S计量示波器直流增益精度的仪器和附件如下列表：
数字万用表：3458A或34410A
4 s1 T2 S. ~3 q/ N3 zBNC同轴电缆：8120-1840（2根）
) t. \" v( e4 V, a' U适配头：1250-0781（BNC Tee(m)(f)(f)),1251-2277(BNC(f) to dual banana)
计量连接图与偏执精度的连接图一致。
% }; w: ^. ^8 T% Z8 }' @0 d测试时示波器测试参数和AUX OUT设置也是类似，也不列出了。
计算公式列出如下。


) B* \: V3 Q- k- d& @, T测量结果记录和计算如下：
9 {' Z) D+ n* ^6 o3 S
: H/ }9 D' c* {6 h9 n2 A* U
% y0 t- K( s: s  G3 F: f3 q5. 时标/时基精度的计量
( F. r3 z2 |( H: B' V& p计量示波器时标/时基精度的仪器和附件如下列表：
微波信号源：E8267D
4 w/ x: @6 o9 g1 Z频率计：53200
同轴电缆：8120-1840
; D  q5 p% E! d: L1 ?适配器：54855-67604,83059B
9 d, y, S2 R8 z* [' ^* L6 ?计量连接图如下所示：
8 ]: n6 g! J% T
# b( r/ g0 f, |3 z4 ]
配置微波发生器输出OdBm正弦波，频率：10.00002000MHz。
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。
$ X+ R+ k) j0 Z累积捕获10次。
装换平均频率值到时基误差：减去20Hz，除以10Hz/ppm。
% `5 I, [4 Y- d  ]. R9 q计算测试限制：Test Limits=+-(0.100+0.100xYears Since Calibration)（对于90000-X示波器）
测量结果记录和计算如下：
% d4 ]7 D% |- H# q! _) g' E

yangtse427

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