InfiniiMax探头放大器和探头前端的带宽提升技术

提升 Infiniimax 探头放大器与前端的带宽方法

Keysight InfiniiMax 差分探头经过 DSP 校正，具有平坦的幅度和相位响应，可提供极高的精度。选择要校正到的带宽通常为未校正带宽的大约 3 dB 频点。如果带宽扩大到显著超出这个值通常会导致本底噪声增加，再进一步加大的话，可能会导致严重的噪声失真。N5381A/B 焊入式探头前端与 InfiniiMax 1169A/B 探头放大器结合，可以顺利地将带宽扩展到 3 dB 以上，因为 N5381A/B 的峰值超过了正常的 12 GHz 带宽，并且探头前端的峰值有助于补偿探头放大器带宽的滚降。

本应用指南介绍了如何使用 Infiniium 实时示波器上的 PrecisionProbe 应用软件来扩展 InfiniiMax 1169A/B 和 N5381A/B 焊入式探头前端的带宽性能。InfiniiMax 探头的固有频率响应图 2 显示了 InfiniiMax 1169A/B 探头放大器（红色）和 N5381A/B 探头前端（蓝色）的频率响应。N5381A/B 的响应中有一个零点，之后频率会上升，直到在 5 GHz 附近变平坦。

1169A/B 的响应中有一个极点，然后在 5 GHz 附近变平坦。这些响应合并形成了平坦的整体响应。在理想状况下，两种响应都应当在 5 GHz 以上变平坦，直到达到其固有带宽。我们可以看到，1169A/B 的响应在正常 12 GHz 的带宽附近下降。而 N5381A/B 的响应在 12 GHz 附近实际上却在上升，并在 8 dB 附近达到峰值。N5381A/B 的峰值对于正常的 12 GHz 带宽而言不是问题，但它可以给 12 GHz 以上的探头放大器提供更大的信号，为扩展 N5381/1169A/B 组合的带宽创造了有利条件。

PrecisionProbe 校准过程

Keysight Infiniium 示波器有一个称为 PrecisionProbe（旧型号– N2809A，已更新包括在 D9010DMBA）的应用软件选件。该选件可以对探头执行交流校准，并且只要信号增强的程度不是太高，就支持探头的带宽扩展到超过正常带宽。在 N5381A/B 达到峰值时，整体探头响应可以从 12 GHz 扩展到 15 GHz，同时不会导致噪声过度增加。

PrecisionProbe 应用软件使用示波器内置的或从外部输入的快速校准阶跃信号、高性能探头验证夹具(N5443A)和相位匹配同轴电缆来精确测量和校正各种探头的响应。请注意，使用 1169A/B 进行PrecisionProbe 校准时，我们强烈建议您使用 N5443A 高性能探头验证夹具，而不要使用 E2655C 通用探头验证夹具。我们还推荐您使用 N2787A 3D 探头定位器，它可以辅助您在校准时固定好 InfiniiMax 探头放大器在探头前端上的位置。

您可以使用任意一个通道为探头创建自定义校正文件，本例中使用的是通道 1。创建的校正文件保存在示波器硬盘上，可以在连接探头的任意通道上使用。第一步是在运行交流校准之前先执行直流校准。应留出至少几分钟的时间对要校准的探头进行预热。图 3显示了本文中用于进行直流校准的设置。成功完成直流校准后，即可进行 PrecisionProbe 交流校准。选择“PrecisionProbe/PrecisionCable”单选按钮，然后按下“启动 PrecisionProbe”按钮。

按照提示执行 PrecisionProbe 校准。成功完成 PrecisionProbe 校准后，软件将提示您为该探头命名新的传递函数文件。输入一个包含探头放大器序列号的文件名。现在，这个文件就可以在使用了 1169A/B 和N5381A/B 的任何通道上使用了。“PrecisionProbe/ProbeCable”使用在 PrecisionProbe（或 PrecisionCable）校准过程中测得的探头响应。请注意，PrecisionProbe 校准负责从探头放大器到探针末端的交流校正。增益和偏置校准可校正探头的直流参数。此外，即使 PrecisionProbe 校准已经完成，仍应当进行偏移校准。

请注意，图 5 上的“校正带宽”设置为“自动”，PrecisionProbe 校准已将探头的带宽调整为 15.8GHz。不同的探头放大器得到的带宽会略有不同，但测量结果表明，探头放大器至少应达到 15 GHz带宽。校准后的探头最好都具有相同的带宽，以便对探测的信号进行横向比较。在这种情况下，可以将“校正带宽”设置为“指定带宽”，然后输入 15.0 GHz。“校正带宽”菜单下的“限值提高（Limit Boosting）”选项可以控制应用于信号的最大增益量。您可以在 3 dB 到 12 dB 之间选择一个限值（或等效比率），其中默认限值为 6 dB。  

垂直噪声影响

如果使用 PrecisionProbe 来增加带宽，那么必然会出现的一种情况是，垂直噪声会随着带宽的增加而增加。PrecisionProbe 能够控制应用到信号上的增益量。您可以增加提高量，从而改善上升时间，但这也会增加噪声；也可以减少提高量，从而降低噪声，但上升时间会延长。在 N5381/1169 的 12 GHz 正常带宽下，系统带宽限制为 12 GHz 的 Infiniium 33 GHz 示波器上显示噪声约为 1.2 mVrms。在 15 GHz 扩展带宽下且系统带宽限制为 15 GHz 时，噪声为 1.46 mVrms。由于提升的幅度不是很大，只占总带宽的很小一部分，因此噪声增加得很小，上升时间从 12 GHz 时的 47 ps 加快到了 15 GHz 时的 39.8 ps。这些是随着带宽从 12 GHz 增加到 15 GHz 再到 16 GHz 时噪声增加的曲线。图 6 是带宽为 12 GHz 时的情况。在这个带宽下，均方根噪声为 1.2 mVrms。

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