Активные широкополосные дифференциальные пробники LeCroy серии WaveLink

Измерить высокочастотные сигналы всегда было сложно, тем более если передача сигнала от объекта измерений к измерительному прибору невозможна по коаксиальному кабелю. Перед метрологами, разработчиками и ремонтниками электронной аппаратуры часто стоит задача: каким способом обеспечить соединение, чтобы оно оказывало минимум возмущающего воздействия на поверяемое устройство и в то же время гарантировало высокое качество подключения к измерительному прибору. Лучшим решением является использование широкополосных дифференциальных пробников, которые осуществляют передачу сигнала от объекта измерений к осциллографу с минимальными искажениями.

Пробники компании LeCroy серии WaveLink (рис. 1) являются активными дифференциальными пробниками с очень широкой полосой пропускания. Их можно использовать для измерений параметров дифференциальных и асимметричных сигналов. Среди характеристик этих пробников следует отметить низкий шум, очень низкий входной импеданс и высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала, поэтому они идеально подходят для обеспечения целостности сигнала, что особенно важно при анализе сигналов высокоскоростных цифровых систем.

Рис. 1. Пробник D2505 с аксессуарами

Большой динамический диапазон, калиброванная система ослабления и согласованный входной импеданс способствуют оптимизации характеристик при измерении сигналов ВЧ- и СВЧ-диапазона. Пробники серии WaveLink сконструированы по модульному принципу, который предполагает использование нескольких взаимозаменяемых соединительных проводов с наконечниками, устанавливаемых на стандартный модуль дифференциального усилителя, который, в свою очередь, соединяется с узлом платформа/кабель. Такая конфигурация обеспечивает гибкость физических соединений и оптимизацию полосы пропускания и электрических характеристик.

Перед поставкой каждый пробник подвергается процедуре точной калибровки и проверки рабочих параметров, в ходе которой создается встроенный файл с калибровочными данными. Когда пробник подключен к осциллографу LeCroy, отклики пробника и осциллографа оптимизированы по отношению друг к другу, что обеспечивает общий отклик системы «пробник + осциллограф», идентичный отклику «чистого» канала осциллографа. Эта характеристика обеспечивается с момента появления первых пробников серии WaveLink в 2003 году.

На данный момент серия пробников WaveLink включает 11 различных типов дифференциальных усилителей с полосой частот до 25 ГГц. В зависимости от полосы пропускания пробника они имеют различные соединительные интерфейсы для подключения к осциллографу. Соединение с осциллографом осуществляется посредством узла платформа/кабель. Компания LeCroy предлагает три варианта такого узла в зависимости от того, необходимо ли осуществлять подключение к входным разъемам ProLink (которые доступны с 2002 года в серии осциллографов WaveMaster производства компании LeCroy и в настоящий момент используются на всех осциллографах LeCroy ≥4 ГГц), входным разъемам 2,92 мм (используются в осциллографах серии WaveMaster 8Zi-A с полосой пропускания 20–45 ГГц) или входным разъемам ProBus. Узел платформа/кабель выполняет три важные функции:

1. Обеспечивает подачу питания на усилитель пробника от осциллографа.
2. Передает на осциллограф сообщения, посредством которых проводится идентификация характеристик подключенного к пробнику усилителя и на основе которых для соответствующего канала осциллографа автоматически устанавливаются корректные значения ослабления.
3. Он также передает выходные сигналы усилителя по линии передачи с малыми потерями на вход осциллографа и осуществляет необходимое согласование нагрузки пробника.

Для подключения к объекту измерения используются четыре варианта соединительных проводов и наконечников:

• SI — впаиваемый соединительный провод, он обеспечивает наивысший уровень электрических характеристик. На входе этого провода есть два небольших гасящих резистора с гибкими выводами, что позволяет осуществлять подключение в широком диапазоне расстояний между контрольными точками. Провода впаиваются непосредственно в контрольные точки проверяемой схемы, благодаря чему гарантируется надежное соединение и исключаются прерывания сигнала.
• QC — провод для быстрого соединения, он позволяет оперативно перемещать пробник между различными точками проверяемой схемы. Пара небольших гасящих резисторов (входящих в комплект поставки пробника) впаивается в контрольные точки схемы, а выводы гасящих резисторов вводятся в небольшой разъем на наконечнике пробника, что обеспечивает надежное быстрое соединение. При данном варианте соединения полоса пропускания ограничивается до 4 ГГц.
• SP — соединительный провод с разъемом под прямоугольные штырьковые выводы, совместимые со стандартными прямоугольными штырьковыми выводами 0,025 дюйма. Обладающий высокой гибкостью провод длиной 145 мм предназначен для подключения к прямоугольным штырьковым выводам. Он используется для непосредственного подключения к паре прямоугольных штырьковых выводов, монтируемых на стандартные держатели (2,54 мм). Вследствие собственной паразитной индуктивности прямоугольных штырьковых выводов, к которым подключается пробник, система не будет поддерживать максимальную полосу пропускания или минимальное время нарастания при работе с осциллографом 6 ГГц. Добавочная индуктивность прямоугольных штырьковых выводов ограничивает полосу пропускания до 3 ГГц. Более экономным является вариант, при котором в проверяемой схеме делаются отверстия, в которые вводится гибкий регулируемый наконечник модуля: он уменьшает нагрузку на испытательную схему.
• PT — наконечник-браузер (рис. 2) с устройством позиционирования. Его можно использовать при выполнении ручных операций или в качестве браузера с несложной системой позиционирования. Наконечники с подпружиненными контактами регулируются в диапазоне от 0 до 3,5 мм и позволяют осуществлять коррекцию положения по оси Z в диапазоне 0,6 мм. Благодаря небольшой толщине и подпружиненным наконечникам PT идеально подходит для работы с несколькими пробниками в областях с плотным монтажом.
• HiTemp — кабель с впаиваемым соединительным проводом, он используется в ситуациях, когда модуль дифференциального усилителя необходимо расположить за пределами среды с экстремальными температурными условиями. Идеально подходит для случаев, при которых в ходе испытаний температура может изменяться в широком диапазоне: от –40 до +105 °C. Согласованная пара кабелей длиной 90 см и впаиваемый провод обеспечивают простое и надежное соединение с проверяемым устройством, что позволяет им работать в камерах для климатических испытаний.

Для удобства применения и точного позиционирования пробники можно использовать совместно с держателями и системами позиционирования, которые надежно держат их в разнообразных местах присоединения. Следует упомянуть и об идентификаторе AutoColor, который автоматически освещает пробник цветом измерительного канала.

Рис. 2. Наконечник-браузер

На данный момент серия пробников WaveLink проходит испытания в целях утверждения типа. Среди нормированных технических характеристик — время нарастания переходной характеристики (рис. 3), уровень собственных шумов, уровень подавления синфазной помехи, пределы допускаемой погрешности действующего коэффициента передачи, входной импеданс. Специальное устройство, которое входит в состав пробников PCF-100, позволяет просматривать импульсную характеристику системы «пробник – осциллограф» и измерять собственные S-параметры для точного моделирования характеристики пробника. Благодаря этому решается главная задача, стоящая перед метрологами предприятий, — поддержание единства измерений. Система «осциллограф + пробник» может быть метрологически аттестована как единое средство измерений, а значит, появляется возможность проводить поверку и использовать пробники серии WaveLink в сфере государственного метрологического контроля и надзора.

Рис. 3. Переходная характеристика с временем нарастания 20 пс, полученная с помощью пробника D2505