一、概述
高速串行接口一般通過(guò)差分信令傳輸數(shù)據(jù)。信號(hào)探測(cè)需要用到差分探頭。除了差分輸入端外，這些探頭（尤其是帶寬更高的型號(hào)）通常還提供額外的接地端。RT?ZMxx 模塊化多模探頭的接地端可用于改善高速差分接口的測(cè)量。
二、測(cè)試要求
您需要測(cè)量差分傳輸?shù)母咚俳涌?，比?PCIe、USB 3.1 以及 10GB 以太網(wǎng)。差分信號(hào)通道使用相互參考的正端和負(fù)端傳輸，而不是只使用一條接地信號(hào)線（單端傳輸）。通過(guò)正負(fù)輸入之間的差值，可以測(cè)出差分信號(hào)。差分探頭具有高輸入阻抗，能夠測(cè)量在探頭動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的任意兩個(gè)差分電位之間的信號(hào)。差分探頭能夠測(cè)量并放大兩個(gè)信號(hào)電平的電壓差。
三、測(cè)試與測(cè)量解決方案
應(yīng)仔細(xì)挑選差分探頭，以便準(zhǔn)確分析高速接口信號(hào)。圖 1 顯示簡(jiǎn)化的差分探頭測(cè)量裝置，該差分探頭具有正 (VP) 和負(fù) (VN) 輸入電壓，以測(cè)量 USB 3.1 Gen1 信號(hào)。本例中，USB 已連接到未接通電源的筆記本電腦。圖中顯示差分電壓 (VDM= VP– VN) 和共模電壓 (VCM= ? (VP+ VN))。
該探頭已接地。這種連接存在未知的寄生電感 Lparasitic（取決于接地質(zhì)量和特性，比如接地長(zhǎng)度）。由于共模抑制與頻率有關(guān)，較大的接地電感會(huì)導(dǎo)致所測(cè)高速信號(hào)的質(zhì)量變差。接地有助于提高探頭的共模抑制比 (CMRR)。
四、應(yīng)用
根據(jù)圖 1 設(shè)置，可分析接地對(duì)差分測(cè)量的影響：
① 將 USB 連接到筆記本電腦
② 將 RT-ZM60 模塊化探頭連接到RTO2064，以檢測(cè)傳輸信號(hào)
第一種設(shè)置中，在探頭末端模塊上接地。第二種設(shè)置中，為了進(jìn)行比較而沒(méi)有接地，以便通過(guò)對(duì)比顯示接地的影響。
首先測(cè)量?jī)煞N設(shè)置（接地/不接地）的共模電壓，然后測(cè)量差分電壓。R&S®RT-ZM 模塊化探頭是一種理想的選擇，便于用戶切換差模 (DM) 和共模 (CM) 測(cè)量，而無(wú)需重新連接或重新焊接探頭。
圖 2 顯示共模電壓測(cè)量結(jié)果。藍(lán)色波形表示接地的測(cè)量（設(shè)置 1）。黃色波形表示未接地的測(cè)量（設(shè)置 2）。共模電壓的峰間值 (PTP) 和均方根 (RMS) 顯示在右側(cè)的“Meas Results"測(cè)量結(jié)果框中，便于用戶比較兩種測(cè)量設(shè)置得到的共模電壓。
在接地情況下共模電壓的 PTP 和 RMS 測(cè)量結(jié)果（PTP = 95 mV，RMS = 9 mV）遠(yuǎn)低于不接地情況下獲得的測(cè)量結(jié)果（PTP = 123 mV，RMS = 12.3 mV）。這說(shuō)明接地對(duì)于準(zhǔn)確的共模測(cè)量至關(guān)重要。
| 共模電壓測(cè)量結(jié)果比較 | |||
|---|---|---|---|
| 測(cè)量類型 | 接地 | 不接地 | 比值 |
| 峰間值（平均值） | 95 mV | 123 mV | 1.29 |
| 均方根（平均值） | 9 mV | 12.3 mV | 1.37 |
圖 3 中的紫色波形舉例說(shuō)明了在不接地的情況下，可能產(chǎn)生不可預(yù)見(jiàn)的未知影響。所示為未接地的測(cè)量（圖 2 中的黃色波形），在該設(shè)置中筆記本電腦通過(guò)電源線接通電源。紫色波形顯示電源單元的開(kāi)關(guān)頻率（約為 55 kHz）也一同被測(cè)量，并會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。共模電壓的峰間值增至三倍，達(dá)到 298 mV（見(jiàn)“Meas Results"結(jié)果框中的 PTP 值）。
在探頭接地的情況下，筆記本電腦連接電源，不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。結(jié)果表明探頭接地會(huì)影響差分電壓測(cè)量。為比較兩種測(cè)量設(shè)置對(duì)數(shù)據(jù)碼型測(cè)量的影響，使用了串行總線的協(xié)議觸發(fā)功能。
圖 4 中的藍(lán)色波形表示探頭接地獲得的測(cè)量結(jié)果。黃色波形表示在未接地的情況下獲得的測(cè)量值。藍(lán)色波形的時(shí)間間隔誤差 (TIE) 抖動(dòng)顯示在底部綠色柱狀圖中。
接地情況下的 RMS 抖動(dòng)對(duì)應(yīng)柱狀圖的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即 σ = 10.8 ps（紅色箭頭）。在黃色波形上執(zhí)行同樣的測(cè)量，測(cè)出 RMS 抖動(dòng) σ = 14.5 ps，高出 34%。這與黃色波形的過(guò)沖有關(guān)，如縮放窗口所示。這些結(jié)果表明，在探頭接地的情況下，測(cè)量信號(hào)保真度更高。
五、總結(jié)
RT-ZM 模塊化探頭具有特殊功能，能夠同時(shí)提供差模、共模和單端測(cè)量。接地對(duì)于差模測(cè)量十分重要，可以防止電路浮地，并且確保在差分探頭的測(cè)量范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定且可重現(xiàn)的信號(hào)（特別是高頻信號(hào)）。
接地還有助于降低寄生電感，此類寄生電感應(yīng)盡可能小，以獲得更好的信號(hào)完整性。差分探頭接地還能夠確保出色的抗擾性。
