如何对用在示波器上的电缆或探头进行校正

　　所有厂商都会对高带宽探头方案应用频率相关的"标称值"或工厂校正方案。校正方法会根据所连接探头的型号或配置而变化，但确定校正的一般流程是相同的。在探头和示波器开发过程中，厂商会对同一组器件执行非常精确的测量，并对特征求平均值，创建一个代表探头和示波器系统的校正滤波器。所有探头都应用相同的标称值校正，不考虑探头序列号或条件。它仅校正系统设计和制造缺陷，不能校正漂移带来的误差或个体随机差异性带来的误差。要运用这种校正方法，示波器用户只需确保探头系统配置正确，剩余工作可自动完成，该方法没有什么不便之处。

　　由厂商执行的高级交流校正方法

　　进一步改进校正精度的方法已经出现，由示波器厂家执行，厂家在生产探头的时候，对每个探头器件进行独立测量，得到其特征参数，然后创建针对这一特定探头的校正滤波器。事实上，我们使用安捷伦矢量网络分析仪测量每个 InfiniiMax III 探头放大器的 S 参数（用于描述线性网络电气特性的参数，通常应用于射频领域），并将这些参数存储到探头放大器的存储器中。与使用探头标称值校正不同，当探头连接到安捷伦示波器时，示波器可以马上读出该探头前端放大器对应的S参数，对测量结果进行校正。与标称值校正相比，即使生产过程导致个体特性不同，这种校正方法也能修正，能够显着提高精度，且不会为示波器用户带来任何额外的不便。如欲了解 S 参数的更多信息，请参阅安捷伦应用指南 AN 154.

　　以上校准都在工厂完成，没有考虑探头出厂后可能出现的探测系统变化。为此，安捷伦指定了"仅适用于探头本身"的特征和技术指标，示波器用户可以单独对这些指标进行验证，以确保探头的性能与出厂时一致。谨慎的仪器用户应当采用厂商推荐的验证方法，定期验证仪器精度。

　　除了工厂校准个体误差之外，还有许多其它因素也会明显改变探头的特性，这些因素在探头的制造和验证过程中无法进行预期与校正。首先一个变数是，探头与被测器件的接触部位，也就是探头最前端，这些都是无源附件。另一个变数是，部分示波器用户会自己定制探头或连接附件，这些探头附件没有经过工厂校正，非厂家提供的探头前端连接不包含工厂提供的 S 参数，因此需要更为精确的校正/校准流程。

　　由用户执行的高级交流校正方法

　　由用户执行的交流校准是确保精确探测测量的最后一个校正步骤，也是最精确的校正。安捷伦提供 N2809A PrecisionProbe 软件和硬件套件。借助 N2809A PrecisionProbe,示波器用户现在能够执行从探头最前端到示波器输入端的精确系统级完整交流校准。校准仅需一个探头夹具和三根SMA电缆，不必使用任何额外的仪器。示波器输出一个快速边沿信号以全面量测 Vsource、Vin 和 Vout（包括探头负载效应），并将探头系统对应的S参数测量结果输入到其对应的校正滤波器中，从而完成此次校准。

　　用户希望花在设置和校准上的时间尽可能少，但又要保证探头测量精度被校正，同时保持使用的灵活性。例如，用户希望可以自由选择交流校准方法，不管是与Vout/Vsource 探头响应表征方法对应，还是与Vout/Vin这一方法对应，安捷伦的精密探头和电缆工具都可以轻松做到，从而结束关于探头响应理论的无休止辩论。安捷伦的精密探头和电缆校正工具可以将用户的探头性能校正到更高的带宽，但注意提升带宽会同时增加噪声，该工具和交流校准软件可以生成阻抗图和频响图，因此用户可以直观地了解探头系统的实际性能，并根据自身的测量需求，在本底噪声与带宽等性能方面取折衷和平衡。

　　这里列举几个案例，用以阐述用户使用精密探头和电缆交流校正的实用性。由于在探头最前端处会产生较大的探测变数，用户使用长线探头附件时，例如安捷伦长线 ZIF 解决方案（配有 N5451A探针的 N5425A 探头），必须尽量控制导线长度和方位。否则，工厂校正方法可能因为探头物理尺寸和空间方位的细微差别而导致测量精度降低。通过交流校正方法（例如精密探头和电缆 PrecisionProbe技术），探头用户可以选择最适合的探头物理尺寸和方位--不管导线是长或短，两个测量点的距离是远或近--都可以根据实情选择合适的连接附件和方式，随后对这一探头连接系统进行校准和校正，从而获得极其精确的测量结果。

图 2 安捷伦提供由用户执行的交流校准（PrecisionProbe），可改进 1169A 探头放大器（配有 N5425A 探测头和 N5451A 长线 ZIF 探针）的测量精度

　　探头厂商在 -3 dB 上指定带宽，但这并不意味着高于其带宽的频率信息会被完全滤除，很多时候只是被衰减的幅度加大而已，因此这些探头可以以噪声增加为代价来提升带宽，例如 Agilent E2675A 差分探头。该探头在 -3 dB 时的官方标称带宽为 6 GHz,但其频率响应直至11 GHz 时才出现明显滚降（如 PrecisionProbe 校正软件所示）。使用安捷伦的精密探头和电缆校正工具可以将E2675A 探头前端的带宽提升至 11 GHz ,代价是本底噪声仅增加 20%,但能够提供更精确的上升时间测量，因此您多了一个选择，在需要的时候可以将探头带宽提升。

图 3a PrecisionProbe 图中，与 1169A 放大器配合使用的 Agilent E2675A 探测头包含超出其指定 -3dB 带宽点的信号内容（浅蓝色轨迹）

图 3b 与 1169A 配合使用的 E2675A 可使用 PrecisionProbe 提高带宽，以便更精确地追踪快速边沿。

　　黄色轨迹表示未提高带宽的探头，此时探头无法追踪 11 GHz 输入信号。通过 PrecisionProbe 提高带宽后的同一个探头（橙色轨迹）能够更清晰地展示信号

　　探头校正的陷阱

　　在选择探头校正方法时，应当避免多种错误理念和陷阱，这些理念和陷阱影响所有的校正方法，包括直流校正、交流校正以及用户交流校正。最需要注意的一个错误理念是认为探头校正可以一定程度地改进低质量探头，这是一个误区，低质量探头通常具有极不平坦的频率响应，有较大的波动，波动的波峰和波谷对应的频点若明显低于探头带宽，在这些频点上校正探头频响副作用会非常明显，就是本底噪声大幅增加，很多时候是不可取的。

　　另外，设计欠佳的探头一般负载效应很明显，探头校正无法消除该探头与被测器件连接时产生的负载效应，校正只能改变已经显示在示波器屏幕上的信号，若信号进入示波器之前已经被探头负载效应改变太多，校正也无能为力。为了获得对被测器件影响最小的测量结果，探头用户应近可能选择高输入阻抗的探头，同时，用户也应了解用软件的方法提升带宽通常会带来噪声增加的后果（如图 4 所示）。