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。
4 g* E! t' N/ |( ^/ V# r, V1 k! s
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。

, v$ W& T% C5 j0 J8 X6 b% 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）
) ^" ^' r0 v7 n偏置精度（Offset Accuracy）
直流增益精度（DC Gain Accuracy）
: e1 ?: J0 \6 [3 C3 m时标/时基精度（Time Scale Accuracy)
, J- h. h1 F) j2 {( p1. 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
$ M  C9 S2 r# J- A" U# @: C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)
; A7 v0 }) k3 k7 ~9 _- k/ I' W   计量连接图如下所示：
# G( q" [% _' t; ~- a% ]

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。
8 A; Y% O8 g% u5 A  Q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：
; [$ H: R4 ^0 N( y- F            
Vout是用示波器Vrms自动测量测试的结果。

* ~% l4 Q( l) I: D) t/ Z" [; e' O
. D5 Z; |: u7 q$ ?/ R1 V5 G2.上升时间的计量
2 p5 E/ ~8 A8 o  A8 ~' n3 Q* A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! ]1 @' H0 {9 \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。
8 m4 o0 w: O% `$ z) ~5 ^/ O: }8 j% z

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)
* Y4 N' V4 I: Y* j6 N  ?' S8 C计量连接图如下所示：
3 T% G" y) g! H

! t* t- E) t- @, o+ N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。
. {, Q* U% ~4 E* B  A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。
" {$ h8 Y1 M* K2 Q. J示波器测试时要平均256次，然后用Vavg测试平均电压。
. B7 o- n) P! x& E测试之前，还要单独测试一下0电压电平错误。
) n5 c6 r9 h" [5 |. n" O. d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。

7 c7 X5 Z9 J1 ?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。
( V: P7 P- L. g


4. 直流增益精度的计量
5 K, n6 \9 |1 ^) e计量示波器直流增益精度的仪器和附件如下列表：
& }! h! t0 ]3 c- p" Z5 s( X1 z数字万用表：3458A或34410A
3 f' F+ o% E+ DBNC同轴电缆：8120-1840（2根）
. ]9 p$ u9 n& f( ]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。
6 F0 f% @+ J3 t* i% `# _! V测试时示波器测试参数和AUX OUT设置也是类似，也不列出了。
! B+ E9 \% `) }9 Y+ c9 S# {计算公式列出如下。


1 f6 _) O# H, J  e测量结果记录和计算如下：


$ y4 g/ ]  M) \  d' L: B5. 时标/时基精度的计量
! _3 V1 z; Q5 D9 _" x计量示波器时标/时基精度的仪器和附件如下列表：
6 C9 c- X- L5 R5 z微波信号源：E8267D
频率计：53200
' g; ?$ ]0 X) `: N同轴电缆：8120-1840
- R0 C' r8 b# N/ e5 ^0 b& L! n) @) ?适配器：54855-67604,83059B
计量连接图如下所示：


配置微波发生器输出OdBm正弦波，频率：10.00002000MHz。
0 {) @# }+ C) A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。
& x& }2 g% z- y  ]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）
& L( g1 t4 F4 c% [9 g  K测量结果记录和计算如下：

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