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。
  C  y0 \( B; W2 R4 [  {4 H2 \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。

9 o  V; x, S8 q2 o; N% w6 ?6 K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。
& t9 b% u$ y- c$ m
6GHz以上带宽的示波器主要计量如下指标：
% x. z- U7 h, \% `! L模拟带宽（Analog Bandwidth-Maximum Frequency)
4 o( r$ \$ p# m上升时间计量（Rise Time）
偏置精度（Offset Accuracy）
6 e: Q, o8 q* \, S* Z直流增益精度（DC Gain Accuracy）
时标/时基精度（Time Scale Accuracy)
: }2 {: Y& [. G1. 模拟带宽的计量
- }1 k$ v( I2 p, X% z8 j  计量示波器模拟带宽的仪器和附件如下列表：
& S4 h" Y7 [$ C: \) {微波信号源：E8257D
, ?5 @$ G* Q" j! ]; W' l4 v* P功率计和功率探头：N1913A+E4413B
功分器：11667B或11667C
同轴电缆：8120-4948（SMA-SMA)或N5180-60204（2.4mm-2.4mm)+11901A/11901C（2.4mm-3.5mm)
7 t7 v6 ]+ a3 [   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。
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：
            
/ E3 K, N# y% P, qVout是用示波器Vrms自动测量测试的结果。
; b) O' Q# J+ j9 D7 g
+ t, T! m7 p1 H: B) c: @
2.上升时间的计量
, a  H6 u  |) [: |计量示波器上升时间的仪器和附件如下列表：
+ A% u+ ~: l# D' i' _4 N; q" Z7ps快沿发生器：N2806A
衰减器：8493C/8490D
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。


% ]& I# X% N% Q% U6 {3. 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：
  C! R6 E/ A7 q# [数字万用表：3458A或34410A
4 r- I& ^8 K$ }. G1 {% a8 x' _: uBNC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)
' [- R7 H3 u1 A+ P% y' t3 v计量连接图如下所示：

6 I. I  O' R% G8 y: m
, K8 g5 C/ n8 H6 i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。
1 r3 p/ F4 q) p. _9 n, x: 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。
9 |" m, r4 {% f- N) ?( V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。
+ m( a: k% m( a& |
2 v9 p4 t* Q) V, l! e7 e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。

4 b# }+ {" r6 E
5 P8 v- t8 O# Z( d( y: g, B
) ^0 m' e) t' _+ l9 k: ^: k4. 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：
3 x: a+ ^* n$ u! l# A数字万用表：3458A或34410A
BNC同轴电缆：8120-1840（2根）
( X$ C" A+ M& v2 ~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。
测试时示波器测试参数和AUX OUT设置也是类似，也不列出了。
# A7 d/ x1 M8 P5 D) Z( E. v6 i计算公式列出如下。
6 k5 A1 b6 s7 a# u$ ^

测量结果记录和计算如下：


! B( u# W2 }$ ]" J7 _% i5. 时标/时基精度的计量
+ k) v# C# ?$ [6 D6 T! N计量示波器时标/时基精度的仪器和附件如下列表：
) Q$ ]$ I. J; f微波信号源：E8267D
频率计：53200
同轴电缆：8120-1840
适配器：54855-67604,83059B
& `  Y* A7 X" o计量连接图如下所示：

: i- X4 U, c2 n' M& R& n
) h+ E$ b9 z$ w  }0 p/ |3 f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。
累积捕获10次。
7 z+ W8 r+ \1 s* v/ m装换平均频率值到时基误差：减去20Hz，除以10Hz/ppm。
, p  Y: K9 o: v1 y, Z! a& ]% {8 e) s计算测试限制：Test Limits=+-(0.100+0.100xYears Since Calibration)（对于90000-X示波器）
; C3 K4 I6 r& @1 _测量结果记录和计算如下：
# g& X* G; E( m; Y8 V9 I
& U8 ?) G7 P- h6 b+ v
! R2 P) ~. G3 g, R1 {9 v2 G' ?

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