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。

% S1 G% K  I0 w9 @; w1 ?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。
+ d' z0 _  n$ X% K+ O) l
6GHz以上带宽的示波器主要计量如下指标：
" `& e  r& B; K1 `: t模拟带宽（Analog Bandwidth-Maximum Frequency)
上升时间计量（Rise Time）
偏置精度（Offset Accuracy）
直流增益精度（DC Gain Accuracy）
时标/时基精度（Time Scale Accuracy)
/ [7 q. a2 P9 u. }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：
微波信号源：E8257D
功率计和功率探头：N1913A+E4413B
1 G' Y; n/ E, V, v功分器：11667B或11667C
; b# j, `  [$ x- [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：

: I' Z: p6 X# O' q, M0 c& H' L
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。
3 m) c1 U) f6 V6 M" W2 T4 JVin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 r! U' _6 z" `" ^, q1 X8 T            
1 g  a" A1 r7 `' J7 o- ~$ t# }Vout是用示波器Vrms自动测量测试的结果。
; @$ B+ N8 m1 M
  O) T/ I( g( E0 v4 H2 q0 f
5 `" C( Q' A$ l0 d5 F- N1 J2.上升时间的计量
& t+ U* N/ j( H. x1 V. w3 b计量示波器上升时间的仪器和附件如下列表：
5 x" ~7 Y7 t/ h0 e; L* h. U# A7ps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。
$ Y! h4 v( v) l9 c5 B

7 t+ T( n7 N; ?' o/ w3. 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
0 z/ O! J/ l; q3 JBNC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)
% Q5 ?( f. H7 T9 o* B6 _6 T计量连接图如下所示：
1 b) ~, f5 \  O2 x% n/ U% ?
' z3 `9 `( _5 B, M! }
" Q0 Z' O/ P* G! `3 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。
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。
. n# ]* P& f* Q6 C, Z
, A4 R: i% P. L8 s
9 S8 Y9 l& E  `1 m5 b# ~! ]
. T& i, A+ k3 N2 Z: F4. 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：
6 |# Y- K' U* r. T8 x数字万用表：3458A或34410A
; D5 j: D% I4 l' TBNC同轴电缆：8120-1840（2根）
/ U8 U- U; [7 Y+ r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。
4 Y" U, O% Q8 q7 `: n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。
# u5 U" V6 g* X( b* ^
6 D! R6 g& @0 u9 f6 I( ?
测量结果记录和计算如下：
  j  {  G, q7 @+ n5 E+ Y) S8 s

5. 时标/时基精度的计量
1 w% s' d9 S( w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
2 h6 O: n2 g0 m. r) H8 ^频率计：53200
7 N+ O2 g% o; Z+ |1 y5 ?+ b% e同轴电缆：8120-1840
适配器：54855-67604,83059B
计量连接图如下所示：

6 x! \8 ~4 G# `* e, ]
% r4 W$ T. O& O5 _/ l# 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。
在示波器的通道1进行：Frequency测量。
% R# A0 `" w, W* g2 t7 h, 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。
计算测试限制：Test Limits=+-(0.100+0.100xYears Since Calibration)（对于90000-X示波器）
2 m; ^0 p) J+ W  y+ w+ u$ N* p测量结果记录和计算如下：

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