不用定制夾具，如何探測高速數字信號？

1. 探測高速數字信號通常需要夾具

2. 固定測試點(diǎn)帶來(lái)測試挑戰

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據的應用越來(lái)越火，大家都在追求更快的數據中心和計算能力。但是，當我們想讓數據中心、電腦等處理得更快時(shí)，也遇到了一些挑戰，比如怎么讓設備更省電，還有怎么保證數據傳輸的穩定性。

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(lái)推動(dòng)我們的數據傳輸標準。但隨著(zhù)這些技術(shù)的進(jìn)步，我們對測試設備的要求也越來(lái)越高了?，F在，如果我們想要測試PCIe 、以太網(wǎng)（C2M）等高速數字接口，就需要一些夾具例如Host Compliance Board（簡(jiǎn)稱(chēng)“HCB”）和Module Compliance Board（簡(jiǎn)稱(chēng)“MCB”）來(lái)確保信號測試的一致性。（注：夾具是指將非同軸接口轉成同軸接口的測試設備）

固定測試點(diǎn)帶來(lái)測試挑戰

但是，這些高速的設備在測試的時(shí)候會(huì )遇到一些麻煩。比如，我們無(wú)法通過(guò)夾具來(lái)把信號引入到示波器里，此時(shí)我們需要在特定的位置增加測試點(diǎn)，然后在這幾個(gè)測試點(diǎn)上，使用探頭的方式來(lái)進(jìn)行測量。以前，即使是那個(gè)時(shí)候最高帶寬的探頭，也無(wú)法測量目前這么高帶寬的信號，有時(shí)候就很難發(fā)現問(wèn)題，因為不足的帶寬會(huì )對電信號產(chǎn)生影響，導致測試結果不準確。

圖1. 原型板上采用傳統固定測試點(diǎn)的測試設置

隨著(zhù)時(shí)間推移，新的數據標準也帶來(lái)了新的測試要求。開(kāi)發(fā)者只需要檢查數據鏈路中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，就能知道設備是否符合標準。但如果出現問(wèn)題，沒(méi)有合適的工具，就很難找到問(wèn)題所在，尤其是在研發(fā)階段。理想情況下，測試工程師應該有一種工具，可以測量測試點(diǎn)之外的高頻信號，這樣就能更靈活、更容易地找到問(wèn)題。不過(guò)，直到最近，我們的探測技術(shù)才跟上了現代數據傳輸速率的步伐，讓我們能夠更好地進(jìn)行調試和保證質(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(dòng)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據信號。

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(zhù)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(mén)精密的科學(xué)。所有探頭都會(huì )從電路中吸取一些電流，稱(chēng)為“負載”，但過(guò)多的探頭負載會(huì )導致不良影響，從而降低測量精度。有源 RC 探頭在很寬的頻率范圍內具有高阻抗，使其成為許多低負載應用或覆蓋廣泛阻抗范圍的應用（如 DDR 內存測試）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）。對于需要持續高頻測量的應用，例如 PCIe 和以太網(wǎng)等高速計算中的應用，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(jiàn)探頭架構的輸入阻抗曲線(xiàn)：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(cháng)的滾降，它可以測量 50 GHz 以上的信號（具有衰減的頻率響應）。這也是 IEEE 802.3ck 標準的 53 GBd PAM4 信號（106 Gb/s）規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(huì )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測試方法通常會(huì )帶來(lái)限制和效率低下。工程師經(jīng)常因設置復雜性而陷入困境，從而限制了他們在錯綜復雜的信號網(wǎng)絡(luò )中快速識別和解決問(wèn)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(huì )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(diǎn)并進(jìn)行測量（圖 6）。這些探頭的模塊化使得隨著(zhù)更多探頭的出現，可以更換尖端或其他組件。

這種模塊化探頭系統使工程師在測試過(guò)程中具有靈活性和自由度。工程師不再受測試點(diǎn)設置的限制，現在可以探測鏈路中任何位置的每個(gè)信號，而無(wú)需定制夾具。這使得 InfiniiMax 4 探頭成為每個(gè)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。