罗德与施瓦茨RTP示波器探头如何连接探头

高速串行接口一般通过差分信令传输数据，差分探头可用于查看信号迹线。除了差分输入之外，这些探头还具备接地连接。

连接R & S®Rt-zmxx模块化多模探头时，需要考虑是否将探头接地 (GND) 连接至被测设备 (DUT)。

罗德与施瓦茨解决方案

R & S®RTP高性能示波器是一款一体化解决方案，非常适合高速数字接口测试。R & S®RT-ZMxx模块化探头结合多种探头尖端 (R & S®Rt-zmaxx) 和附件，可以轻松查看数据信号并应对机械和电气连接挑战，让测量更加可靠。

图1:R & S®RT-ZMA10焊接式探头尖端

应用

测试高速数字接口时，电路连接对于测量至关重要。首先需要确定是分析主机到设备(或设备到主机)数据信号，还是进行一致性测试。分析主机到设备数据信号时，R & S®RT-ZM160探头可用于探测实时信号。一致性测试需要利用符合标准的测试夹具，以通过标准50Ω 设备(电缆、连接器和球囊等)查看信号。

本应用说明描述了常规USB 3.2 Gen 1闪存盘的数据信号分析。查看带宽、工作电压窗口和负载等所有参数后、取出R & S®RT-ZM160和R & S®RT-ZMA10探头尖端，将带有P、N、GND的探头尖端(见图1)焊接到闪存盘的USB接口(TX端口)，然后将闪存盘连接到台式计算机。

图2:连接P、N、GND后差分信号的眼图

首先通过眼图测试检查差分信号(DM模式)的完整性(见图2)。眼图显示存在一些问题。尽管设备正确连接到发射机，但眼图仍显示出高抖动，Q因子较低，差分信号出现偏移并且未围绕0 v呈对称。

检查直流问题，查找差分信号出现偏差的原因。设置宽度触发 (1 ns)，从常见SKP (K28.1) 字符中采集五个相同极性的比特。现在将采集差模，共模，P和N模式下的迹线(见图3)。利用探头电压表和共模信号平均测量来测试直流参数。

图3:将信号分离为差模 (R1)、共模 (R2)、P (R3) 和N (R4) 部分

可以发现，P和N迹线与共模迹线大致对称。这会产生两个问题。首先，如果P和N围绕直流值(绿色厘米信号)对称，差分迹线应围绕0 v对称，因为直流值已被抵消。其次，探头电压表的共模值为6 mv，共模信号的平均测量值为137 mv，二者并不一致。考虑到这一点，除了常规高速迹线之外，还需要查看整个电路。查看电源连接(见图4)将有所帮助，还可以使用数字万用表检查断开探头连接时易于插拔的USB屏蔽线和示波器接地之间的电阻是否小于10 m Ω。

等效电路图中包含台式计算机、USB闪存盘和配备R & S®Rt-zm探头的示波器(见图4)。图中显示相关电源电压(例如USB总线电压VDD为5 v) 以及USB高速RX和TX连接。图中还显示了电源迹线电阻值RE、R盾牌、RT和RC。

图4:等效电路

右E表示保护接地的电阻负载 (< 10 m Ω)。R盾牌表示探头电缆的屏蔽线电阻(约为30 m Ω)。RT表示主机迹线电阻(最大为167 m Ω)，RC表示匹配连接器电阻(最大为30 m Ω)。USB 3.2规范第11.4.2章规定了RT和RC(见下表)。连接探头尖端的接地连接(标记为蓝色)时，RT、RC、RE和R盾牌共同用作USB闪存盘中接地电流的分流器。本应用说明估计了网络影响，并假定RT和RC为规范最大值的三分之一。这大约为RE或R盾牌电阻器值。

重要的直流电流标记为IVDD,并流经探头同轴屏蔽线。假设从USB驱动程序数据中提取500毫安电源电流，流经探头和示波器的电流估计为300毫安，导致探头电缆屏蔽线出现9毫伏红外降。

由于探头尖端中的放大器以本地接地为参考，而示波器输入以公共接地为参考，因此尖端和底板之间的电位差为9 mV。这一数值看似微不足道，但根据垂直比例，探头可能以10:1或2:1的比例衰减。软件通过倒数衰减将输入端口的所有电压与连接的探头相乘，9 mV差值按10:1的衰减比转变为90 mV。

这种影响在差分信号中较为明显、因为信号在探头尖端放大器中从差分信号转换为单端信号、随后添加了本地、探头接地参考和9 mv电位偏移。

另一个不利影响在于示波器信号路径中的模数转换器 (ADC) 以公共接地为参考，而探头电压表中的ADC以本地被测设备接地为参考，产生共模电压差(分别为6 mv和137 mv)。

图5:移除探头尖端的地连接后差分信号的眼图解决方案

解决方案简单易用。查看数据表，确保工作电压窗口合适，然后移除USB设备上探头尖端的接地连接。电流不再流经屏蔽线，红外降将不会影响测量。新眼图较为理想:无直流偏移，眼图测量的大多数参数均有所改善(见图5)。探头电压表和共模 (R2) 平均测量值现在具有可比性。

请注意，此解决方案特定于此装置。其他装置可能无法在探头尖端断开接地的情况下工作，尤其是执行CM，N和P模式测量。另请注意，这种情况与USB技术无关。如果将相同的USB闪存盘插入笔记本电脑或任何带有探头尖端的自供电设备，情况将明显不同并且需要接地连接，因为保护接地无接地环路可用。

此装置主要受到直流电流的干扰，并未考虑电源线的电感负载，但此负载可能在其他装置中引起问题。

总结

R & S®RTP示波器和R & S®RT-ZM160等模块化探头非常适合探测和分析高速数字信号。此外，此装置可结合探头电压表与可从差模信号切换为共模信号的探头模式调试线路馈电和接地环路。此类应用无通用解决方案，您需要具体分析不同情况下的接地装置问题，并采取必要措施以确定符合需求的合适解决方案。