מייק מקטיג,
Agilent Technologies
בעבר, טווח התדרים והדיוק של בחונות (probes) אוסילוסקופ בעלי ביצועים גבוהים הסתמכו על תגובות החומרה המובנות שלהם. זה היה מספיק, בדרך כלל, עבור רמות הביצועים שנדרשו באותה עת. עם הגעת דורות חדשים יותר של בחונות, התגבשו שתי ציפיות; הצורך בטווח תדרים גדול יותר והצורך בדיוק טוב יותר. כמובן שטווח תדרים גדול יותר נדרש מכיוון שהמערכות פועלות מהר יותר, אבל בנוסף, המשתמשים רוצים דיוק גבוה יותר ולכן הם לא צריכים לשמור כל כך הרבה על band specifications בשל אי ודאויות במדידה.
כדי לתת מענה לצורך זה של ביצועים טובים יותר ודיוק משופר, מערכות אוסילוסקופ התחילו להשתמש בתגובה המדודה של מערכות ביחון (probing) כדי לתקן ולשפר באמצעות DSP את תגובת החומרה המובנית. בתחילה, הנתונים המייצגים את מערכת הבחון (probe) היו תגובה נומינלית או ממוצעת עבור רכיבי הבחון. זה בדרך כלל שיפר את הדיוק, אבל תוצאות המדידה עדיין יכלו להשתנות עקב הבדלים בין התגובה של בחון ספציפי ותגובת הבחון הנומינלית.
תמונה 1 זמנים והיענות תדר של בחון דיפרנציאלי 6GHz תוך שימוש בתיקון בחון נומינלי.
תמונה 2 סיכום של תוצאות כיול הבחון.
כדי להפחית עוד יותר את השונות, יצרנים החלו לספק פרמטרים עבור רכיבי בחונות הכוללים וריאציה באמצעות זיכרונות שעל הלוח או מסדי נתונים המבוססים על מספרים סריאליים. זה סיפק צעד נוסף בשיפור הדיוק של הבדיקות, אולם יחד עם זאת, גורמים אחרים, כמו שינוי בתגובה לאורך זמן, טווח של קצוות בחון (probe tips), סידור החוטים המחברים, נזק חלקי, בלאי, והאוריינטציה של הבחון למכשיר הנבדק עדיין יכולים להשפיע על התגובה של בחון.
הדרך האידיאלית להבטיח את הדיוק הטוב ביותר עבור בחון הינה לבצע כיול של תגובה בתצורה שתשמש אותנו (כלומר טווח קצה בחון, אוריינטציה וכו’) לפני ביצוע מדידות קריטיות. זה נעשה בדרך כלל עבור שבח והיסט אבל בדרך כלל לא נעשה עבור היענות (response) לעומת תדר (כלומר היענות “AC”).
לאחרונה, Agilent Technologies הוסיפה את היכולת לבצע כיול AC של בחונות באוסילוסקופים זמן אמת Infiniium בעלי הביצועים הגבוהים עם יישום התוכנה לבחונות Precision N2809A. יישום זה עושה שימוש בשלב הכיול המהיר המובנה ובמתקן בחון (probe fixture) באיכות גבוהה כדי למדוד במדויק ולתקן היענות של כל בחון.
כדי להדגים את היעילות של תכונה חדשה זו, נבחן ראש בחון browser דיפרנציאלי InfiniiMax I E2675A של 6GHz , עם מגבר בחון InfiniiMax II 1169A של 12GHz. תמונה 1 מציגה את ההיענות של בחון זה לשלב מהיר עם גורמי תיקון נומינליים. התגובה עוברת סינון מעבר נמוך (low pass filter) ב-6GHz על ידי האוסילוסקופ מכיוון שזוהי בערך היענות החומרה ומפתח (span) הבחון משפיע באופן משמעותי על ההיענות שלו מעל תדר זה. פריטים הראויים לציון בתמונה 1 הם:
זמן המעבר שדווח על ידי הבחון גבוה באופן משמעותי מהאות בכניסה (קלט) של הבחון.
תמונה 3 זמן ביחון והיענות תדר 6 של Precision Probe 6GHz מתוקנים ל- 12GHz
תמונה 4 מדידת עכבת קלט של בחון מכיול AC של Precision Probe.
תמונה 5 Vsource (אדום) ו- Vout(צהוב) עם כיול Vout/vin.
תמונה 6 Vsource (אדום) ו- Vout(צהוב) עם כיול Vout/Vsource המעריך את העכבה אל נקודת הבחון ב-25 אוהם.
ספקטרום התדרים המדווח על ידי הבחון עוקב אחר הספקטרום של הקלט עם וריאציה כלשהי.
טווח התדרים של הבחון אינו ספקטרום הבחון (צהוב) לעומת הסקאלה האנכית של המסך אלא ספקטרום הבחון מול ספקטרום הקלט (אדום). לכן, ב-6GHz המסך) ספקטרום הבחון הינו קצת פחות מחלוקה 1 (חלוקה אחת הינה 3dB) מספקטרום הקלט כך שטווח התדרים הוא לפחות 6 גיגה-הרץ.
הערה: ערכי הספקטרום המוצגים בפלט כאן מתקבלים על ידי הבחנה בין צעדים כדי לקבל את היענות הדחף (impulse response) ולאחר מכן לקיחת ה-FFT של היענות הדחף על מנת לקבל את הספקטרומים של היענות התדרים.
השלב האדום הוא בכניסה (קלט) של הבחון.
השלב הצהוב הוא ביציאה (פלט) של הבחון.
הספקטרום האדום הוא של הקלט של הבחון (כל הספקטרומים הינם 3db/div אנכי, 2 GHz/div אופקי).
הספקטרום הצהוב הוא של הפלט של הבחון.
עכשיו כיול AC ניתן לביצוע בבחון זה באמצעות יישום ה-Precision Probe. היישום מספק פלט סיכום של תוצאות הכיול כמוצג בתמונה 2.
הקו הצהוב הוא המתח הנמדד בכניסה של הבחון (הצבע הכתום חופף אותו ברוב חלקי הגרף). זה מראה איך עומס הבחון משפיע על קו השידור בן 50 האוהם (כלומר 25 אוהם עכבת מקור).
הקו הירוק הוא מתח המוצא הנמדד של הבחון.
הקו הכחול-ירוק (cyan) הוא פונקציה ההעברה vout/vin של הבחון (ירוק מחולק בצהוב).
הקו הכתום הוא מתח המוצא המתוקן של הבחון אשר צריך לכסות את מתח הכניסה הנמדד של הבחון אם פונקצית ההעברה vout/vin תהיה שטוחה עם תדירות המוצא לגבול התדירות המתוקן.
הקו הסגול הוא פונקצית העברה vout/vin מתוקנת אשר הינה שטוחה זהה כפי שהיא אמורה להיות.
דבר מעניין לציין בנוגע לבחון זה, והסיבה שהוא דוגמה טובה לדיון זה, הוא כי בעוד טווח התדרים המובנה של החומרה הוא סביב 6GHz, הוא לא מתגלגל באופן מוגזם אפילו אל 12GHz, כלומר ניתן להגדיל את טווח התדרים ל-12GHz בלי להגדיל את הרעש בצורה מוגזמת.
תמונה 3 מציגה את תוצאות כיול ה-AC של בחון זה.
שימו לב כי:
משפחת האוסילוסקופים של Agilent בעלי היצע רחב של בחונים למגוון דרישות מדידה
זמן המעבר אשר דווח על ידי הבחון הינו הרבה יותר קרוב לזמן המעבר של שלב הקלט וצורת הגל של הבחון עוקבת היטב אחר צורת גל הקלט.
ספקטרום התדר של הבחון עוקב היטב אחר ספקטרום התדר של הקלט עד לקרוב ל-12GHz.
תוצאה נוספת מאוד שימושית המסופקת על ידי יישום ה-Precision Probe הוא תרשים של עכבת קלט מדודה של הבחון וקווי מדידה ניתנים להתאמה כדי לקבוע את הטעינה הקיבולית והאינדוקטיבית. זה מוצג בתמונה 4.
לבסוף, כברירת מחדל ה-Precision Probe יכייל את פונקצית ההעברה vout/vin כפי שתואר לעיל. משמעות הדבר היא שהבחון יציג למשתמש מה נמצא בנקודת הבחון כפי שנטען על ידי עכבת הקלט של הבחון. במקרים רבים, זה מה שהמשתמשים רוצים לראות. עם זאת, לפעמים המשתמש רוצה לדעת מהי צורת הגל בנקודה הבחון לפני שבחון חובר (כלומר ביצוע de-embedding של טעינת הבחון). זה נקרא פונקצית ההעברהvout/vsource. זה בלתי אפשרי אלא אם העכבה אל נקודת הבחון ידועה. אם סביר להעריך את העכבה אל נקודת הבחון על ידי התנגדות אמיתית אחת (כלומר 25 אוהם עבור מקור אידיאלי ומערכת עומס סיום של 50 אוהם) אז התנגדות זו יכולה להיות קלט ל-Precision Probe והיא תכייל את פונקצית ההעברה vout/vsource על בסיס הערכה זו. עם זאת, חשוב לציין כי העכבה אל נקודת הבחון של ההתקן הנבדק הינה לעיתים רחוקות התנגדות אמיתית אחת, אלא בדרך כלל עכבה מורכבת עם השתקפויות ותהודות.
תמונה 5 מראה Vsource ו-Vout עבור כיול Vout/vin ומראה את השפעת טעינת הבחון. תרשים 6 מציג Vsource ו-Voutעבור כיול Vout/Vsource. מכיוון שמתקן הבחון (probe fixture), מקור הצעד (step source), וערוצי האוסילוסקופ הינם כולם רכיבים איכותיים של 50 אוהם, ההערכה כי העכבה אל נקודת הבחון היא 25 אוהם הינה סבירה וכיול Vout/Vsource גורם ל- Vout לעקוב היטב אחר Vsource.
מסקנות:
ביצוע כיול AC של בחון מסוים בתצורה בה הוא ישמש מספק דיוק משופר מאוד.
כיול AC יכול לספק מידע על ההיענות ועכבת הכניסה (קלט) של בחון.
אם לבחון (probe) יש תוכן אותות משמעותי מעבר לטווח התדרים המוצהר שלו, כיול AC יכול להרחיב את טווח התדרים של הבחון ולשפר את השימושיות שלו.
כיול AC יכול לבצע De-embedding של ההשפעות של טעינת בחון (probe loading) בנקודת בחון אם העכבה אל נקודת הבחון ידועה. איכות ההערכה של עכבה זו תקבע את איכות ההיענות ה-De embedded.
