优化高速接口的差分测量 -九游官网下载

您的任务

您需要测量差分传输的高速接口，比如 pcie、usb 3.1 以及 10gb 以太网。差分信号通道使用相互参考的正端和负端传输，而不是只使用一条接地信号线（单端传输）。通过正负输入之间的差值，可以测出差分信号。差分探头具有高输入阻抗，能够测量在探头动态范围内的任意两个差分电位之间的信号。差分探头能够测量并放大两个信号电平的电压差。

测试与测量九游官网下载的解决方案

应仔细挑选差分探头，以便准确分析高速接口信号。图 1 所示为简化的差分探头测量原理图，该差分探头具有正 (v_p) 负 (v_n) 输入，以测量 usb 3.1 gen1 信号。本例中，usb 已连接到未接通电源的笔记本电脑。显示了差分电压 (v_dm = v_p – v_n) 及共模电压 (v_cm = ½ (v_p v_n))。

该探头已接地。这种连接存在未知的寄生电感 l_parasitic（取决于接地质量和属性，比如接地长度）。由于共模抑制与频率有关，较大的接地电感会导致所测高速信号的质量变差。接地有助于提高探头的共模抑制比 (cmrr)。

应用

根据图 1 设置，可分析接地对差分测量的影响：

• 将 usb 连接到笔记本电脑
• 将 r&s^®rt-zm60 模块化探头连接到 r&s^®rto2064，以检测传输信号

第一种设置中，在探头头部模块上接地。第二种设置中，为了比较而没有接地。通过对比以显示接地的效果。

首先测量两种设置（接地/不接地）的共模电压，然后测量差分电压。r&s^®rt-zm 模块化探头是一种理想的选择，您可以在差模 (dm) 和共模 (cm) 测量之间切换，而无需重新连接或重新焊接探头。

图 2 所示为共模电压测量结果。蓝色波形表示接地的测量（设置 1）。黄色波形表示未接地的测量（设置 2）。共模电压的峰间值 (ptp) 及均方根 (rms) 显示在右侧“meas results”测量结果框中，便于用户比较两种测量设置得到的共模电压。

在接地情况下共模电压的 ptp 以及 rms 测量结果（ptp = 95 mv，rms = 9 mv）远低于不接地情况下获得的测量结果（ptp = 123 mv，rms = 12.3 mv）。这说明接地对于准确的共模测量是必不可少的。

图 3 中的紫色波形举例说明了在不接地的情况下，可能产生不可预见的未知影响。所示为未接地的测量（图 2 中的黄色波形），在该设置中，笔记本电脑通过电源线接通电源。紫色波形显示电源单元的开关频率（约为 55 khz）成分也一同被测量，这会影响测量结果。共模电压的峰间值增至三倍，达到 298 mv（见“meas results”结果框中的 ptp 值）。

在探头接地的情况下，笔记本电脑连接电源，不会对测量结果产生影响。结果表明探头接地会影响差分电压测量。为比较两种测量设置对数据码型测量的影响，使用了串行总线的协议触发功能。

图 4 中的蓝色波形表示探头接地获得的测量结果。黄色波形表示在未接地的情况下获得的测量值。蓝色波形的时间间隔误差 (tie) 抖动显示在底部绿色柱状图中。

接地情况下的 rms 抖动对应柱状图的标准偏差，即 σ = 10.8 ps（红色箭头）。在黄色波形上执行同样的测量，测出 rms 抖动 σ = 14.5 ps，高出 34%。这与黄色波形的过冲有关，如缩放窗口所示。这些结果表明，在探头接地的情况下，测量信号保真度更高。

图 1：差分探头测量 usb 3.1 gen 1 传输信号的示例

图 2：两种测试设置下共模电压峰间值及 rms 值的比较。

图 3：在未接地设置下的共模电压测量（笔记本电脑已接通电源）。

图 4：差模测量比较。

摘要

r&s^®rt-zm 模块化探头具有特殊功能，能够同时提供差模、共模及单端测量。接地对于差模测量是十分重要，它可以防止电路浮地，并且确保在差分探头的测量范围内获得稳定且可重现的信号（特别是高频信号）。

接地还有助于降低寄生电感，此类寄生电感应尽可能小，以获得更好的信号完整性。差分探头接地还能够确保很高的抗扰性。