測量高速信號快速的、比較干凈的測量方法

您想在高速信號上進(jìn)行快速而又比較干凈(精確)的測量嗎？

沒(méi)時(shí)間把探頭尖端焊接到器件上？

不確定高速設計的問(wèn)題來(lái)自哪兒？

這些都是工程師們經(jīng)常遇到的問(wèn)題。隨著(zhù)時(shí)間壓力越來(lái)越大，偶發(fā)問(wèn)題阻礙項目竣工，您需要一種快捷、簡(jiǎn)便、高性能的方法，來(lái)測量高速信號。

在示波器上捕獲信號的傳統方式一直是采用手持式示波器探頭。這種點(diǎn)測探頭方式值得信賴(lài)，有很多優(yōu)勢，如通過(guò)在不同測試點(diǎn)之間移動(dòng)探頭尖端，能夠迅速掃描一系列信號。如果不擔心測量的保真度，那么這種瀏覽方式的效果很好，因為看到DC電壓電平或工作時(shí)鐘已經(jīng)足夠了。如果需要更詳細的分析或更高的測量保真度，那么許多工程師會(huì )選擇把探頭尖端焊接到電路板上。

而現在，由于泰克P7700探頭的問(wèn)世，工程師們有了一種新的選擇，可以使用精密的點(diǎn)測探頭尖端連接到高帶寬差分探頭或TriMode™探頭上。通過(guò)新的高帶寬點(diǎn)測探頭尖端，您可以快速簡(jiǎn)便地在不同測試點(diǎn)之間移動(dòng)探頭，同時(shí)仍能保持測量保真度。

物理挑戰
您可能會(huì )說(shuō)：我需要探測形狀非常小的電路特點(diǎn)和元器件。我的元器件尺寸是0201，差分線(xiàn)對最近可能會(huì )達到14 mils (0.35mm)。當前元器件體積這么小，電路板密度這么高，接觸測試點(diǎn)極具挑戰性。此外，測試點(diǎn)通路是BGA封裝部件背面的通路或位于較大部件之間的解耦電容器。電路板設計試圖把盡可能多的功能封裝到器件中，只要PCB設計規則允許，那么通路間距會(huì )盡可能地近。在試圖探測信號時(shí)，另一個(gè)挑戰是接入這些“通路群”。

BGA封裝器件背面的通路群。

點(diǎn)測探頭尖端要小到什么程度，才能接觸想要的測試點(diǎn)，而不是任何其他相鄰的觸點(diǎn)呢？以0201電阻器為例，器件上的觸點(diǎn)是0.004” x 0.012” (0.1mm x 0.3mm)，因此探頭尖端的直徑必需1mm，接觸點(diǎn)要足夠小，才能登錄器件連接盤(pán)(~.008”/~0.2mm)。如果下圖所示的機械筆引線(xiàn)是探頭的尖端，那么它實(shí)在太大了，是不能實(shí)現可靠的接觸的。同樣，下圖所示的銳口牙刮匙銳利的尖端也太大了，不能登錄和粘貼電阻器的焊接盤(pán)。

尖端尺寸與SMT器件對比。

下圖所示的泰克P77BRWSR的探頭尖端直徑不到0.01” (0.25mm)，尖端的末尾有4個(gè)銳利的鉤，可以牢固地接觸SMT元器材連接盤(pán)、間距很近的通路和間距很窄的差分線(xiàn)對。

泰克P77BRWSR點(diǎn)測探頭附件。

保持連接
我們假設瀏覽器的探頭尖端又小又尖，那么在確定想要使用瀏覽器時(shí)，您會(huì )考慮哪些其他因素呢？下面這些話(huà)援引自使用點(diǎn)測探頭探測器件的部分工程師，相信您對這些話(huà)也很熟悉：

“在我瀏覽信號時(shí)，會(huì )發(fā)生失連或意外移動(dòng)到別的引腳。”

“在瀏覽信號時(shí)，我想在尖端上保持正的壓力。”

很明顯，非常重要的一點(diǎn)是瀏覽器牢固地連接、并且一直連接到器件上，特別是需要延伸到示波器，同時(shí)仍保持與信號連接。點(diǎn)測探頭尖端上銳利的點(diǎn)有助于實(shí)現這一目標。

P77BRWSR上的鉤足夠小、足夠銳利，可以緊緊地埋入金屬觸點(diǎn)，如焊點(diǎn)或銅線(xiàn)。

泰克P77BRWSR點(diǎn)測探頭尖端特寫(xiě)鏡頭，顯示了尖端末尾的鉤。

瀏覽器還有“彈簧高蹺”引腳尖端，可以在不平坦的表面上進(jìn)行調節，點(diǎn)測探頭上的手柄松開(kāi)時(shí)保持接觸。下面的視頻短片表明了這一操作及特點(diǎn)。

開(kāi)口很寬
瀏覽信號不只是窄和小的問(wèn)題，正如一名工程師告訴我：
“有時(shí)我在瀏覽器上需要很寬的間隙，這樣才能接觸距離很遠的信號和接地總線(xiàn)。”

當前高性能瀏覽器一般允許調整尖端間距。調節范圍可能會(huì )變化，因此一定要檢查尖端的最大間距和最小間距。使調節范圍達到最大，意味著(zhù)您可以使用瀏覽器接觸器件上更多的信號。泰克P77BRWSR的最小間距是0，最大間距是.21” (5.3 mm)。

注意，在調節點(diǎn)測探頭尖端的間距時(shí)，探頭的高頻響應會(huì )略微變化。為實(shí)現最大的信號保真度，一定要查看探頭制造商推薦的怎樣根據尖端張開(kāi)程度校正頻響變化。

測試點(diǎn)查看能力
還有另一個(gè)因素可能非常明顯，但經(jīng)常被忽略掉，不要犯這位工程師的錯誤：
“點(diǎn)測探頭的機身?yè)踝×艘暰€(xiàn)，我必須倒過(guò)來(lái)，才能從不同的角度看到探測點(diǎn)。”

盡管產(chǎn)品技術(shù)資料很少這樣提，但能夠看到瀏覽器尖端是快速簡(jiǎn)便測量的一個(gè)關(guān)鍵要求。在評估高性能瀏覽器時(shí)，尖端應能夠從瀏覽器機身上伸出和縮回。應檢查能否從盡可能多的角度清楚地看到尖端，這樣就不必卷動(dòng)或翻轉器件，才能看到探頭的接觸點(diǎn)。

泰克P77BRWSR的尖端從點(diǎn)測探頭機身延伸出來(lái)，很容易看到。它還包括一個(gè)LED前燈，這個(gè)前燈可以打開(kāi)，清楚地看到探頭連接點(diǎn)。

從各個(gè)角度都能方便地看到泰克P77BRWSR點(diǎn)測探頭尖端。

易用性和性能
P77BRWSR點(diǎn)測探頭在易用性和性能方面確立了全新的行業(yè)標準。點(diǎn)測探頭附件適用于泰克P7700系列TriMode探頭，這些探頭提供了高達20 GHz的帶寬，最大限度地降低了探頭給被測器件帶來(lái)的負載，在全面分析探頭和附件的S參數特點(diǎn)基礎上，實(shí)現全面反嵌測量。P77BRWSR提供了高阻抗 (144k? DC電阻，0.22pF AC負載)。

由于測量的保真度取決于測量設備的頻響，因此附件的S參數被存儲在點(diǎn)測探頭上，在第一次連接時(shí)會(huì )上傳到示波器中。在點(diǎn)測探頭尖端間距變化時(shí)，會(huì )根據間距寬度自動(dòng)調整頻響。您不必擔心測量因為調節了間距而降低準確度。

您在使用點(diǎn)測探頭測量高速設計時(shí)遇到哪些問(wèn)題？您是怎樣克服這些挑戰的？