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。
% H# @: `( I4 a7 H7 l) H* Y3 c8 H' q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。

( X& `0 l" p) h$ |) }8 A0 l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。
! I, C. m7 e) w! @& y3 e0 x) @
  v  S' ^5 E; X1 n) t+ Y6GHz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）
; R! A) _+ `+ ?( F; q- O偏置精度（Offset Accuracy）
直流增益精度（DC Gain Accuracy）
4 R3 [) R+ W! C: s! g9 p时标/时基精度（Time Scale Accuracy)
1. 模拟带宽的计量
: M, B- l# E! E% k, z7 v2 R  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
功率计和功率探头：N1913A+E4413B
功分器：11667B或11667C
7 u7 i8 ]$ r' H3 v同轴电缆：8120-4948（SMA-SMA)或N5180-60204（2.4mm-2.4mm)+11901A/11901C（2.4mm-3.5mm)
   计量连接图如下所示：
, `% E  j- \' m: o

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：
1 v4 a0 i0 `& V& P4 j, _            
Vout是用示波器Vrms自动测量测试的结果。


6 r4 p7 ^% W& [+ D! J2.上升时间的计量
计量示波器上升时间的仪器和附件如下列表：
7 P; z% \" S+ [8 R7ps快沿发生器：N2806A
衰减器：8493C/8490D
1 ?3 J% A  k! V1 g4 M  s" P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. 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
BNC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)
  `* x8 @1 P3 k0 Z计量连接图如下所示：
9 b6 ~7 i7 H8 [) r  n2 d
: G. S$ j5 s9 \4 x, p  |
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。
/ N! N+ c! o1 {2 a; r6 k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。
5 ^9 [/ J5 I( n% x; [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。
% i& d8 \% z2 z2 @: ?* D

; H& J( a. l! [* C  o. p
" q/ z+ n9 S5 X. M8 d+ a4. 直流增益精度的计量
: D$ @( U) X- b. j' U0 q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
$ }, F7 v/ V! q5 U6 }' Q) t. x; `9 CBNC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)
. t6 k8 u$ I' y$ E: g1 Z% T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。
5 [1 j1 F$ F* Z! {1 Z/ }计算公式列出如下。


& K" B$ k! H0 m! K% K测量结果记录和计算如下：
5 b4 _& N' K' H/ Z# v2 K

* W1 c3 C. S- G- E5. 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：
微波信号源：E8267D
频率计：53200
# z( b/ V! v: |; V- h同轴电缆：8120-1840
6 l! e, Y; N* [5 Z/ N0 A适配器：54855-67604,83059B
2 Z- T/ y1 \# {) p' F计量连接图如下所示：


+ ^2 j1 @& d+ n4 Y配置微波发生器输出OdBm正弦波，频率：10.00002000MHz。
0 y$ [' w+ |* C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。
3 u3 ^, |; q6 I4 R" g. r# d在示波器的通道1进行：Frequency测量。
" ^- y* h9 @5 D0 J. J5 d% o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。
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：

, z  x! V8 h* |; A7 F: F0 |

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