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。

- \, Q% P* A, w8 {9 M8 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。
# `$ i8 E5 q  R( U( k
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)
上升时间计量（Rise Time）
- V* _' A" H0 K7 W偏置精度（Offset Accuracy）
直流增益精度（DC Gain Accuracy）
. w/ Z# K/ G) h. d时标/时基精度（Time Scale Accuracy)
1. 模拟带宽的计量
5 V! g9 n) y; }6 q5 O! p$ {( c1 g  计量示波器模拟带宽的仪器和附件如下列表：
6 V; A$ W# |0 L- l& _6 I微波信号源：E8257D
功率计和功率探头：N1913A+E4413B
功分器：11667B或11667C
+ r- h/ b# k' C* ?$ O5 j# F同轴电缆：8120-4948（SMA-SMA)或N5180-60204（2.4mm-2.4mm)+11901A/11901C（2.4mm-3.5mm)
; W* M+ e! @) g8 P   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。
7 D& A: G8 E7 h  u& Y, R: ~# DVin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。

0 e! y! R6 @: S. z; {3 n
2.上升时间的计量
) T# X$ c3 d& Q2 n5 I* R& l5 X) Q计量示波器上升时间的仪器和附件如下列表：
' e( |0 r& C9 @* w7ps快沿发生器：N2806A
0 s/ m* [1 h) I' Q; W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。

/ h* I3 @; R# S+ X
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：
数字万用表：3458A或34410A
' A3 s# t# N9 gBNC同轴电缆：8120-1840（2根）
& L4 A' @: v2 |! c& C! O7 V% M7 V适配头：1250-0781（BNC Tee(m)(f)(f)),1251-2277(BNC(f) to dual banana)
/ _' c) P. y& v( v8 x& W  S/ V1 |7 N& X计量连接图如下所示：


1 Z( N' \# h' g4 x- j. Z! {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。
示波器测试时要平均256次，然后用Vavg测试平均电压。
/ R, _, ?9 h7 n6 h- b测试之前，还要单独测试一下0电压电平错误。
9 X+ U" E2 O1 Y8 S  d9 ~- [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。
% d, v- X2 m, P
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。
6 |* V! Q$ ^: Z8 i! @5 ^
* p8 m2 O( Z0 O' ]
$ s2 X# t/ G4 z, V& P
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：
数字万用表：3458A或34410A
BNC同轴电缆：8120-1840（2根）
) t; }  X' f! f) `适配头：1250-0781（BNC Tee(m)(f)(f)),1251-2277(BNC(f) to dual banana)
, x5 b- h- a2 K计量连接图与偏执精度的连接图一致。
) _/ `4 }$ G/ B( s& X. `  Y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。


1 x) \& {  \. U) h测量结果记录和计算如下：
/ y8 V2 \: U0 v8 A' b* r0 R
6 Q9 a; d; k) W4 P6 v
8 q0 z7 B7 N+ A) A+ v5 U: ]" l5. 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：
: E. E" |9 @- `微波信号源：E8267D
频率计：53200
' A5 q! L! x* O7 \: t4 |1 P& {同轴电缆：8120-1840
适配器：54855-67604,83059B
! N' z$ |* f  L7 ?8 k计量连接图如下所示：

7 y) A6 ~- C5 f7 Q' k5 T) O8 R
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。
( s* T1 _. p7 o& R' _! d在示波器的通道1进行：Frequency测量。
累积捕获10次。
6 m7 E" D6 R* [" Q) i0 ^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）
测量结果记录和计算如下：


3 m4 L& j( C6 I

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