CN102680933A - 一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法，包括如下步骤：确定待校准的通道分别为通道1、通道2、…、通道N，其中N≥2，选取一个待校准的通道及对应探头，并将该探头连接到校准夹具的探测点上；校准该通道的幅值和相位；重复步骤（1）和步骤（2），完成所有待校准通道的幅值及相位校准；验证各个待校准通道的幅值校准是否成功，如不成功，则重新校准幅值；验证各个待校准通道的相位校准是否成功，如不成功，则重新校准相位。
Description
技术领域
本发明涉及一种校准方法，特别涉及一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法。
背景技术
由于不同接口的测试需要，越来越多的各种不同类型的示波器的探头，例如单端探头和差分探头，将各种各样的探头与示波器连接来进行不同功能的测试。为了确保测试精度以及测试的准确性，需要对示波器通道本身及探头的幅值和时序分别进行校验。
幅值校验是为了使示波器探头在采集信号后，信号幅值不会发生衰减。业内通常的做法是，示波器的校准夹具输出一固定幅值的校准电压，然后将示波器探头连接到校准电压输出点上，电压信号经过示波器探头回传至示波器，示波器在内部将探测到的电压信号与参考电平幅度进行对齐校准。
时序校验是为了使同一台示波器的不同通道，在分别连接上示波器探头后，采集信号时，不同通道之间是不存在相位差的，相位是对齐的。业内通常的做法是，同一台示波器的不同通道，在分别连接上示波器探头后，各个通道分别与示波器的一个参考时钟（基准通道）进行对齐。通过这个方法，各个通道分别与示波器内部时钟对齐之后，自然两两通道之间的相位是对齐的。不管是多高带宽的示波器，不管具体使用哪种类型的探头，时序校验的原理都是一样的。
示波器的探头类型有很多种，一种是放大器与探头前端一体的探头，另外一种是放大器与探头前端分离的探头。这两种探头类型，各有个的优势，也各有个的劣势。
这两种探头类型的一个共同点就是，探头都比较容易损坏。损坏的类型，比如放大器出现一定程度的衰减，比如探头前端的阻容件损坏，印制电路板（PCB）损坏等。而很多时候，这种损坏，通常会导致测试的数据不精确。
长期使用的示波器探头，或者独立的放大器，探头前端，因为长期的磨损，或者一定程度的损坏导致测试时偏差太大。那么示波器通道及探头的校准变得非常重要。
示波器通常都有单独的通道及探头校准夹具，及对应的校准软件。但是，经常也会遇到：
一一校正过需要使用的几个通道之后，但是实际上测量的时候，可能会发现校准后，发现通道与通道之间相位相差依然较大，而影响测试结果。这里面的原因，可能是示波器内部个别通道损坏，也可能是比如示波器环境温度过高或者过低导致内部模块异常。
这里就是一个问题，虽然校准时，校准软件告知用户已经校准成功。但是对于用户来说，并不知道校准过后，幅值的校准是否真的成功，通道与通道之间是否还存在相位差。
如果校准之后，示波器探头探测到被测信号的电压幅度依然不对，那基本上用来测任何信号都会带来很大的误差，甚至是错误的结果。
如果校准之后，通道之间依然存在相位差，那么用户接着往下测试，会导致所有测试结果都是错误的。而有些高速信号，对于相位差的大小非常敏感。在测试这种高速信号时，通道校准后，是否真的已经完全没有相位差，是非常重要的。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法，解决校准之后，不知道幅值的校准是否真的成功，通道与通道之间是否还存在相位差的问题
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法，包括如下步骤：
（1）确定待校准的通道分别为通道1、通道2、…、通道N，其中N≥2，选取一个待校准的通道及对应探头，并将该探头连接到校准夹具的探测点上；
（2）校准该通道的幅值和相位；
（3）重复步骤（1）和步骤（2），完成所有待校准通道的幅值及相位校准；
（4）验证各个待校准通道的幅值校准是否成功，如不成功，则重新校准幅值；
（5）验证各个待校准通道的相位校准是否成功，如不成功，则重新校准相位。
进一步地，所述步骤（4）还包括如下步骤：
1）选取一路待测电源的电源输出点；
2）使用万用表测量该电源输出点的电压值V0；
3）将该电源输出点的正极和负极逐一连接到各个校准后的通道上，通道1测得的电压均方根值为V1，通道2测得的电压均方根值为V2，…，通道N测得的电压均方根值为VN；
4）判断各个通道的幅值校准是否成功；
5）对于幅值校准不成功的通道，重新校准其幅值。
进一步地，所述步骤4）中，如果示波器测得通道n的电压均方根值Vn满足如下条件：|Vn-V0|≤V0*5%，其中1≤n≤N，则认定该通道的幅值校准成功，否则认定该通道的幅值校准不成功。
进一步地，所述步骤（5）还包括如下步骤：
a)选取一路信号的测量点；
b）每次将两个校准后的通道连接到所述信号的测量点上；
c）记录两两通道之间的相位差；
d）判断各个通道的相位校准是否成功；
e）对于相位校准不成功的通道，重新校准其相位。
进一步地，所述步骤d）中，如果两个通道之间的相位差大于示波器相位测量误差最大值，则认定该两个通道中至少有一个通道的相位校准不成功，如果两两通道之间的相位差均小于或等于示波器相位测量误差最大值，则认定全部通道的相位校准都成功；所述步骤e）中，对于相位差大于示波器相位测量误差最大值的两个通道，重新校准其相位。
进一步地，所述信号为高速差分信号。
有益效果：本发明能够在校准之后，确认是否真的如示波器软件所提示的已经校准成功。验证方法也很简便，能更加严谨的控制测试过程，以免示波器本身出现异常或者通道损坏，或其他因素导致测试结果不精确。
本发明可以应用于各种示波器设备上，是一个通用方法。本发明很严谨的对待测试，能很好的保证测试结果的精确性。
附图说明
图1为一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法的流程图；
图2为验证幅值校准是否成功的流程图；
图3为验证相位校准是否成功的流程图；
图4为相位校准前后基准通道和待校准通道间的时序关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本发明方法的具体方法步骤如下：
（1）选取一个待校准通道及对应探头，并将该探头连接到校准夹具的探测点上。
（2）根据幅值校准方法步骤，先校准该通道的幅值，直到提示幅值校准成功。
（3）根据相位校准方法步骤，再校准该通道的相位，直到提示相位校准成功。
（4）按照步骤（1）、步骤（2）、步骤（3）的方法步骤，完成所有待校准通道的幅值及相位校准。本实施例中，待校准通道共有3个，分别为通道1、通道2和通道3。
（5）根据幅值校准验证方法，验证各个通道幅值校准是否成功。
（6）根据相位校准验证方法，验证各个通道相位校准是否成功。
如图2所示，本发明方法中提及的幅值校准是否成功的验证方法，步骤如下：1）从待测主板上，选取一路电源的电源输出点。
2）使用万用表测量电压值，假设为V0。
3）将该电源输出点的正极及负极，逐一连接到各个校准后的通道上，通道1测得的电压均方根值为V1，通道2测得的电压均方根值为V2，通道3测得的电压均方根值为V3。
4）判断各个通道的幅值校准是否真的成功：如果某通道，示波器测得的电压均方根值在V0的上下5%范围内，则该通道的幅值校准成功；如果某通道，示波器测得的电压均方根值在V0的上下5%范围外，则该通道的幅值校准不成功。
5）验证发现的幅值未校准成功的通道，需要重新校准。
如图3所示，本发明方法中提及的相位校准是否成功的验证方法，步骤如下
a）从待测主板上，选取最高速的差分信号的测量点。
b）每次将两个通道连接到差分信号的测量点上，两个通道测量的是完全同一个信号。
c）记录两两通道之间的相位差：通道1和通道2之间的相位为T1，通道1和通道3之间的相位为T2，通道2和通道3之间的相位为T3。
d）判断各个通道的相位校准是否真的成功：T1、T2、T3这3个相位差中，如果有值大于示波器相位测量误差最大值，该两两通道之间必然有某个通道校准未成功；T1、T2、T3这3个相位差中，如果3个值均小于示波器相位测量误差最大值，则三个通道的校准均成功。
e）验证发现的相位未校准成功的通道，需要重新校准。
图4示出了相位校准前后基准通道和待校准通道间的时序关系。可见相位校准后两个通道之间的相位差很小。
Claims (6)
1.一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法，包括如下步骤：
（1）确定待校准的通道分别为通道1、通道2、…、通道N，其中N≥2，选取一个待校准的通道及对应探头，并将该探头连接到校准夹具的探测点上；
（2）校准该通道的幅值和相位；
（3）重复步骤（1）和步骤（2），完成所有待校准通道的幅值及相位校准；
（4）验证各个待校准通道的幅值校准是否成功，如不成功，则重新校准幅值；
（5）验证各个待校准通道的相位校准是否成功，如不成功，则重新校准相位。
2.根据权利要求1所述一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法，其特征在于：所述步骤（4）还包括如下步骤：
1）选取一路待测电源的电源输出点；
2）使用万用表测量该电源输出点的电压值V0；
3）将该电源输出点的正极和负极逐一连接到各个校准后的通道上，通道1测得的电压均方根值为V1，通道2测得的电压均方根值为V2，…，通道N测得的电压均方根值为VN；
4）判断各个通道的幅值校准是否成功；
5）对于幅值校准不成功的通道，重新校准其幅值。
3.根据权利要求2所述一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法，其特征在于：所述步骤4）中，如果示波器测得通道n的电压均方根值Vn满足如下条件：|Vn-V0|≤V0*5%，其中1≤n≤N，则认定该通道的幅值校准成功，否则认定该通道的幅值校准不成功。
4.根据权利要求1所述一种高带宽示波器的幅值及相位校正方法，其特征在于：所述步骤（5）还包括如下步骤：
a)选取一路信号的测量点；
b）每次将两个校准后的通道连接到所述信号的测量点上；
c）记录两两通道之间的相位差；
d）判断各个通道的相位校准是否成功；
e）对于相位校准不成功的通道，重新校准其相位。
5.根据权利要求4所述一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法，其特征在于：所述步骤d）中，如果两个通道之间的相位差大于示波器相位测量误差最大值，则认定该两个通道中至少有一个通道的相位校准不成功，如果两两通道之间的相位差均小于或等于示波器相位测量误差最大值，则认定全部通道的相位校准都成功；所述步骤e）中，对于相位差大于示波器相位测量误差最大值的两个通道，重新校准其相位。
6.根据权利要求4所述一种高带宽示波器的幅值及相位校准方法，其特征在于：所述信号为高速差分信号。
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