不用定制夾具，如何探測高速數(shù)字信號？

1. 探測高速數(shù)字信號通常需要夾具

2. 固定測試點帶來測試挑戰(zhàn)

3. 是德科技推出靈活的高帶寬探頭

4. 什么決定了探頭的帶寬？

5. 靈活、模塊化探測的優(yōu)勢

6. 想要了解更多探頭知識

探測高速數(shù)字信號通常需要夾具

最近幾年，因為人工智能、短視頻、直播帶貨等需要處理大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用越來越火，大家都在追求更快的數(shù)據(jù)中心和計算能力。但是，當(dāng)我們想讓數(shù)據(jù)中心、電腦等處理得更快時，也遇到了一些挑戰(zhàn)，比如怎么讓設(shè)備更省電，還有怎么保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

一些頂尖的技術(shù)公司正在努力研發(fā)更快的芯片和一些底層的技術(shù)，來推動我們的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。但隨著這些技術(shù)的進(jìn)步，我們對測試設(shè)備的要求也越來越高了?，F(xiàn)在，如果我們想要測試PCIe 、以太網(wǎng)（C2M）等高速數(shù)字接口，就需要一些夾具例如Host Compliance Board（簡稱“HCB”）和Module Compliance Board（簡稱“MCB”）來確保信號測試的一致性。（注：夾具是指將非同軸接口轉(zhuǎn)成同軸接口的測試設(shè)備）

固定測試點帶來測試挑戰(zhàn)

但是，這些高速的設(shè)備在測試的時候會遇到一些麻煩。比如，我們無法通過夾具來把信號引入到示波器里，此時我們需要在特定的位置增加測試點，然后在這幾個測試點上，使用探頭的方式來進(jìn)行測量。以前，即使是那個時候最高帶寬的探頭，也無法測量目前這么高帶寬的信號，有時候就很難發(fā)現(xiàn)問題，因為不足的帶寬會對電信號產(chǎn)生影響，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確。

圖1. 原型板上采用傳統(tǒng)固定測試點的測試設(shè)置

隨著時間推移，新的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)也帶來了新的測試要求。開發(fā)者只需要檢查數(shù)據(jù)鏈路中的幾個關(guān)鍵點，就能知道設(shè)備是否符合標(biāo)準(zhǔn)。但如果出現(xiàn)問題，沒有合適的工具，就很難找到問題所在，尤其是在研發(fā)階段。理想情況下，測試工程師應(yīng)該有一種工具，可以測量測試點之外的高頻信號，這樣就能更靈活、更容易地找到問題。不過，直到最近，我們的探測技術(shù)才跟上了現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸速率的步伐，讓我們能夠更好地進(jìn)行調(diào)試和保證質(zhì)量。

是德科技推出靈活的高帶寬探頭

InfiniiMax 4 是 Keysight 推出的一款新型 RCRC 探頭放大器系列，旨在推動探頭技術(shù)的發(fā)展，使測試工程師能夠測量鏈路中任何位置的最快數(shù)據(jù)信號。

InfiniiMax 4 系列能夠精確測量 50 GHz 帶寬以上信號的示波器探頭。其中包括 53 GBd PAM4 信號，這意味著即使是最快的 PCIe 6.0和IEEE 802.3ck 信號也將觸手可及（圖 2）。

圖 2. 示波器用 InfiniiMax 4 探頭測量 53 GBd PAM4 信號

什么決定了探頭的帶寬？

探測是一門精密的科學(xué)。所有探頭都會從電路中吸取一些電流，稱為“負(fù)載”，但過多的探頭負(fù)載會導(dǎo)致不良影響，從而降低測量精度。有源 RC 探頭在很寬的頻率范圍內(nèi)具有高阻抗，使其成為許多低負(fù)載應(yīng)用或覆蓋廣泛阻抗范圍的應(yīng)用（如 DDR 內(nèi)存測試）的絕佳工具。然而，RCRC 探頭在低頻和高頻下都具有較高的阻抗（圖 4）。對于需要持續(xù)高頻測量的應(yīng)用，例如 PCIe 和以太網(wǎng)等高速計算中的應(yīng)用，RCRC 探頭也是很好的選擇。您可以在 《揭秘 RCRC 和 RC 探頭》 中了解有關(guān)這些探頭之間差異的更多信息。

圖 3. 兩種常見探頭架構(gòu)的輸入阻抗曲線：RC 和 RCRC

圖 4. InfiniiMax 4 系列濾波器及其帶寬的比較

InfiniiMax 4 探頭能夠分析 30 – 50+ GHz 之間數(shù)字信號。這是由于 InfiniiMax 4 是一款 RCRC 探頭，它優(yōu)先考慮高帶寬下的性能。InfiniiMax 4 有三種放大器型號，每種型號都具有出色的高頻 RCRC 帶寬：42 GHz磚墻（brick wall）頻響、52 GHz brick wall頻響和 40 GHz Bessel-Thomson（圖3）頻響。雖然Bessel-Thomson 濾波器的帶寬只有 40 GHz，但它比brick wall濾波器具有更長的滾降，它可以測量 50 GHz 以上的信號（具有衰減的頻率響應(yīng)）。這也是 IEEE 802.3ck 標(biāo)準(zhǔn)的 53 GBd PAM4 信號（106 Gb/s）規(guī)定的參考測量接收機頻響（圖4）。另外，使用是否足夠的帶寬的探頭測量高速信號，測量精度會有很大差異（圖5）。

圖 5. 使用 30 GHz 帶寬探頭（上）與 42 GHz 帶寬探頭（下）測量的 64 GT/s NRZ 信號

靈活、模塊化探測的優(yōu)勢

采用定制夾具的傳統(tǒng)測試方法通常會帶來限制和效率低下。工程師經(jīng)常因設(shè)置復(fù)雜性而陷入困境，從而限制了他們在錯綜復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)中快速識別和解決問題的能力。 InfiniiMax 4 系列高度模塊化且靈活，可最大限度地提高探頭的可用性，而不會犧牲信號完整性性能。

圖 6. InfiniiMax 探頭放大器、連接器、探頭尖端和被測板上的支架

InfiniiMax 4 探頭放大器的三種型號針對特定頻率范圍量身定制：40 GHz、50 GHz 和 40 GHz Bessel-Thomson。這三種型號均使用 AutoProbe 3 與示波器連接，使探頭前向兼容 InfiniiMax III 探頭?？刹鹦?、靈活的探頭尖端可插入放大器上的連接器，探頭尖端可彎曲，具有不同的帶寬規(guī)格。連接器安裝在支架上，支架將放大器和尖端固定到位，然后將它們焊接到測試點并進(jìn)行測量（圖 6）。這些探頭的模塊化使得隨著更多探頭的出現(xiàn)，可以更換尖端或其他組件。

這種模塊化探頭系統(tǒng)使工程師在測試過程中具有靈活性和自由度。工程師不再受測試點設(shè)置的限制，現(xiàn)在可以探測鏈路中任何位置的每個信號，而無需定制夾具。這使得 InfiniiMax 4 探頭成為每個以最快速度（如 PCIe 6.0/7.0 和 IEEE 802.3ck）工作的測試工程師探測的首選工具。