對(duì)于在寬頻范圍上（大于?600?MHz）需要進(jìn)行精確測(cè)量的高頻應(yīng)用來說，最好選用有源探頭。有源探頭比無源探頭價(jià)格較高，并且其輸入電壓有限，但是由于它們的電容負(fù)載顯著降低，因而能使您更精確地觀察快速信號(hào)。
▲圖1-1 用無源探頭和有源探頭測(cè)量具有 600 ps 上升時(shí)間的信號(hào)
無源探頭在加載信號(hào)時(shí)會(huì)混入自身的電阻、電感和電容（綠色跡線）?；蛟S您希望示波器探頭不要影響被測(cè)件（DUT）的信號(hào)。不過，在本例中，無源探頭對(duì)被測(cè)件確實(shí)有影響。被探測(cè)的信號(hào)其上升時(shí)間由原來預(yù)期的600?ps?變?yōu)??ns，部分原因是由于探頭的輸入阻抗，另外還因?yàn)樵跍y(cè)量583-MHz?信號(hào)（0.35/600?ps?=?583MHz）時(shí)，探頭的帶寬只有500-MHz。
無源探頭的電感和電容效應(yīng)還會(huì)造成探頭輸出的過沖和波動(dòng)。一些設(shè)計(jì)人員對(duì)這個(gè)數(shù)量的測(cè)量誤差并不在意，但對(duì)某些設(shè)計(jì)人員來說，這個(gè)數(shù)量的測(cè)量誤差是無法接受的。
我們看到，在將有源探頭（例如Keysight N2796A 2GHz有源探頭）連接到被測(cè)件時(shí)，該信號(hào)幾乎未受影響。信號(hào)特征在探測(cè)后（綠色跡線）和探測(cè)前（N2796A?2GHz跡線）幾乎完全相同。此外，信號(hào)的上升時(shí)間也未受探頭的影響，始終保持在555ps。另外，有源探頭的輸出（綠色跡線）也和探測(cè)得的信號(hào)（紫色跡線）相匹配，測(cè)得上升時(shí)間為預(yù)期的600?ps。N2796A?有源探頭的2?GHz帶寬、優(yōu)異的信號(hào)保真度及其低探頭負(fù)載使這一切成為可能。
▲圖2-2 由長(zhǎng)接地引線引起的探頭負(fù)載
如果示波器能夠自動(dòng)補(bǔ)償探頭性能，使用該功能將會(huì)非常有用。否則，可使用手動(dòng)補(bǔ)償來調(diào)整探頭的可變電容。大多數(shù)示波器在前面板上都可提供方波參考信號(hào)以對(duì)探頭提供補(bǔ)償。您可將探針連接到探頭補(bǔ)償端接，再將探頭連接到示波器的輸入端。觀察方波參考信號(hào)，使用小螺絲刀對(duì)探頭進(jìn)行恰當(dāng)調(diào)整，以使示波器屏幕上的方波看上去像方波。
測(cè)量由電池供電的移動(dòng)設(shè)備（例如手機(jī)或平板電腦）的電流消耗，最主要的挑戰(zhàn)是電流信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍非常寬。移動(dòng)設(shè)備通常需要在活動(dòng)狀態(tài)（峰值電流非常高而且消耗得非?？欤┡c空閑或待機(jī)電流模式（只消耗極少直流和交流電流）之間來回切換。圖?4-1?顯示了在用GSM?手機(jī)打電話時(shí)測(cè)得的電流消耗?；顒?dòng)狀態(tài)下的電源峰值高達(dá)?2?A?左右，而空閑模式中的電流消耗極小。
▲圖4-1 用GSM手機(jī)打電話時(shí)測(cè)得的電流消耗
而且，為獲得更精確的測(cè)量，工程師必須不定期地對(duì)探頭進(jìn)行消磁處理，以消除探頭核心的殘余磁性，并補(bǔ)償鉗形電流探頭的直流偏置。額外的校準(zhǔn)流程會(huì)使鉗形電流探頭更加難以使用。
插入新模板、收藏、復(fù)制，都是針對(duì)黑色方框進(jìn)行操作。最新的 Keysight?N2820A?系列高靈敏度電流探頭可以同時(shí)滿足寬動(dòng)態(tài)范圍和高靈敏度電流測(cè)量需求。由于當(dāng)前的應(yīng)用環(huán)境要求測(cè)試裝置的外形必須極小，所以這些探頭還具有另一個(gè)優(yōu)勢(shì)――只需極小的空間便能與被測(cè)器件（DUT）建立物理連接。
最新的N2820A/21A?交流/?直流電流探頭具有示波器電流探頭中業(yè)界最高的靈敏度，可覆蓋最低50?uA、最高5?A?的電流范圍。
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要進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的研究，首先要得到真實(shí)的數(shù)字信號(hào)波形，這就涉及到使用的測(cè)量?jī)x器問題。觀察電信號(hào)的波形的最好工具是示波器，當(dāng)信號(hào)速率比較高時(shí)，一般所需要的示波器帶寬也更高。如果使用的示波器帶寬不夠，信號(hào)里的高頻成分會(huì)被濾掉，觀察到的數(shù)字信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生失真。很多數(shù)字工程師會(huì)習(xí)慣用諧波來估算信號(hào)帶寬，但是這種方法不太準(zhǔn)確。
對(duì)于一個(gè)理想的方波信號(hào)，其上升沿是無限陡的，從頻域上看它是由無限多的奇數(shù)次諧波構(gòu)成的，因此一個(gè)理想方波可以認(rèn)為是無限多奇次正弦諧波的疊加。
?但是對(duì)于真實(shí)的數(shù)字信號(hào)來說，其上升沿不是無限陡，因此其高次諧波的能量會(huì)受到限制。比如下圖是用同一個(gè)時(shí)鐘源分別產(chǎn)生的50Mhz和250MHz的時(shí)鐘信號(hào)的頻譜，我們可以看到雖然輸出時(shí)鐘頻率不一樣，但是信號(hào)的主要頻譜能量都集中在5GHz以內(nèi)，并不見得250MHz的頻譜分布就一定比50MHz的大5倍。
對(duì)于真實(shí)的數(shù)據(jù)信號(hào)來說，其頻譜會(huì)更加復(fù)雜一些。比如偽隨機(jī)序列（PRBS）碼流的頻譜的包絡(luò)是一個(gè)Sinc函數(shù)。下圖是用同一個(gè)發(fā)射機(jī)分別產(chǎn)生的800Mbps和2.5Gbps的PRBS信號(hào)的頻譜，我們可以看到雖然輸出數(shù)據(jù)速率不一樣，但是信號(hào)的主要頻譜能量都集中在4GHz以內(nèi)，也并不見得2.5Gbps信號(hào)的高頻能量就比800Mbps的高很多。
上面的兩張圖都是借助于頻譜儀測(cè)量得到的。雖然現(xiàn)代的數(shù)字示波器都已經(jīng)具備了數(shù)字FFT的功能可以幫助用戶觀察信號(hào)頻譜，但是由于ADC位數(shù)和動(dòng)態(tài)范圍的限制，頻譜儀仍然是對(duì)信號(hào)能量的頻率分布進(jìn)行分析的最準(zhǔn)確的工具，所以數(shù)字工程師可以借助于頻譜分析儀對(duì)被測(cè)數(shù)字信號(hào)的頻譜分布進(jìn)行分析。當(dāng)沒有頻譜儀可用時(shí)，我們通常根據(jù)數(shù)字信號(hào)的上升時(shí)間去估算被測(cè)信號(hào)的頻譜能量。
Maximum signal frequency content = 0.4/fastest rise or fall time (20 – 80%)
Or
Maximum signal frequency content = 0.5/fastest rise or fall time (10 – 90%)
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采樣率受示波器水平刻度的影響。其公式為：
采樣率 = 存儲(chǔ)深度/采集時(shí)間長(zhǎng)度
存儲(chǔ)深度是一個(gè)恒定值，采集時(shí)間長(zhǎng)度（或跡線長(zhǎng)度）是一個(gè)變量，取決于您的每格時(shí)間設(shè)置。隨著時(shí)間/格設(shè)定值增加，采集時(shí)間長(zhǎng)度增加。由于這一切都必須適應(yīng)示波器的存儲(chǔ)深度，在某一點(diǎn)上，示波器的 ADC 將不得不降低采樣率。這實(shí)際上意味著什么？我們以 100 kHz 方波的頻率測(cè)量為例。我們知道頻率為 100 kHz 且非常穩(wěn)定，因此我們可以利用測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差來判斷測(cè)量的質(zhì)量。圖 1 將 100 kHz 方波的水平顯示刻度設(shè)置為滿刻度 20 毫秒。并且，示波器的采樣率已自動(dòng)從 5 GSa/秒下降到 100 MSa/秒，以使整個(gè)跡線能夠保存到示波器的存儲(chǔ)器中。在大約 1500 次測(cè)量后，測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)方差為 1.49 kHz（約 1.5%）。
與水平刻度對(duì)時(shí)間相關(guān)測(cè)量有影響一樣，垂直刻度也會(huì)對(duì)垂直相關(guān)測(cè)量（電壓峰峰值、RMS 等）產(chǎn)生影響。我們?cè)俅我酝瑯拥?100 kHz 方波為例，來看看峰峰值電壓。圖 3 中的信號(hào)定標(biāo)為 770 毫伏/格。測(cè)量結(jié)果峰峰值的標(biāo)準(zhǔn)方差為 18 毫伏。將示波器的伏/格設(shè)置降至 66 毫伏/格，則測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差變成 1.22 毫伏。這幾乎改善了 15 倍！
如果垂直定標(biāo)的信號(hào)只填充了示波器屏幕的一部分，那么您實(shí)際上沒有充分利用 ADC 的分辨率。例如，如果您將信號(hào)定標(biāo)至占據(jù) 3 位 ADC 屏幕的一半，那么在信號(hào)上方和下方您會(huì)分別留下兩個(gè)未使用的量化電平。這意味著，您的 3 位 ADC 只能使用四個(gè)量化電平，相當(dāng)于一個(gè) 2 位 ADC 的精度。
了解如何正確地設(shè)置示波器信號(hào)顯示刻度，能極大地改善您的測(cè)量質(zhì)量。適當(dāng)?shù)乃蕉?biāo)會(huì)顯著改善時(shí)間相關(guān)測(cè)量的質(zhì)量，而適當(dāng)?shù)拇怪倍?biāo)則會(huì)對(duì)垂直相關(guān)測(cè)量產(chǎn)生積極影響。下一次使用示波器時(shí)，請(qǐng)記?。赫_設(shè)置信號(hào)刻度，可以獲得最佳的測(cè)量結(jié)果！
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使用 Keysight N9322C 基礎(chǔ)頻譜分析儀（BSA）
摘要
無線射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)籤的共振頻率是決定標(biāo)籤和讀取器之間有效通訊距離的關(guān)鍵因素。藉由使用 Agilent N9322C 基礎(chǔ)頻譜分析儀（BSA），您可輕而易舉地量測(cè) RFID 標(biāo)籤的共振頻率。
RFID 標(biāo)籤簡(jiǎn)介
RFID 標(biāo)籤是一種結(jié)合無線接收器和發(fā)射器的小型轉(zhuǎn)發(fā)器，同時(shí)也是無線
射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，負(fù)責(zé)在短距離內(nèi)傳送身份識(shí)別資訊。
一般而言，RFID 標(biāo)籤包含兩個(gè)部分，一部分是積體電路，用來儲(chǔ)存和處
理資訊，並且調(diào)變和解調(diào)變 RF 信號(hào)。另一部分是天線，用來接收信號(hào)並
發(fā)送到讀取器（參見圖 1）。
RFID 標(biāo)籤的共振頻率是影響讀取器和 RFID 標(biāo)籤之間有效通訊距離的關(guān)鍵
因素之一。工程師可用非接觸式耦合方法量測(cè)封裝後之 RFID 標(biāo)籤的共振
頻率。該頻率會(huì)反應(yīng)回返損耗特性曲線的負(fù)峰值。
N9322C 是通用的射頻分析儀，可提供頻譜分析、傳輸量測(cè)，以及
反射量測(cè)等擴(kuò)充功能。此外，只要添加信號(hào)追蹤產(chǎn)生器（選項(xiàng) TG7）和
反射量測(cè)應(yīng)用軟體（選項(xiàng) RM7），N9322C BSA 還可以測(cè)試 RFID 標(biāo)籤的回返損耗特性：
? 選項(xiàng) TG7 信號(hào)追蹤產(chǎn)生器包含一個(gè)內(nèi)建的 VSWR 電橋，讓您能輕鬆使
用 N9322C BSA 執(zhí)行反射量測(cè)。相較之下，其他分析儀需使用外部電橋
才能進(jìn)行相同的量測(cè)。
? 另外，N9322C 的反射量測(cè)模式採(cǎi)用精密的開路 – 短路 – 負(fù)載（OSL）
校驗(yàn)程序，大大減少了系統(tǒng)誤差。
N9322C 基礎(chǔ)頻譜分析儀（BSA）是經(jīng)濟(jì)有效的通用型射頻分析儀，
除了提供通用的頻譜分析功能外，還提供單埠向量網(wǎng)路分析，以及選配
的信號(hào)追蹤產(chǎn)生器和內(nèi)建的 VSWR 電橋。
在 RFID 設(shè)計(jì)過程中，您可使用 N9322C BSA，輕易量測(cè)讀取器的頻率
和功率輸出。藉由使用信號(hào)追蹤產(chǎn)生器（選項(xiàng) TG7）和反射量測(cè)應(yīng)用軟體
（選項(xiàng) RM7），您還可以測(cè)試標(biāo)籤的回返損耗。
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