專利名稱：校準(zhǔn)方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及信號采集系統(tǒng)，尤其涉及減小由于例如被測裝置的探頭尖端負(fù)載所導(dǎo)致的測量誤差的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
該部分繼續(xù)申請要求于2004年2月25日提交的美國專利申請No.10/786,446的優(yōu)先權(quán)。
例如數(shù)字存儲示波器(DSO)之類的信號采集和分析裝置所使用的典型的探頭，具有一個與之相關(guān)聯(lián)的阻抗，該阻抗隨著頻率的變化而變化。例如，典型的探頭在直流電時可以有100K到200K歐姆的阻抗，該阻抗在1.5GHz時落到200歐姆。探頭在越高的帶寬上就落為越低的阻抗值。隨著頻率增加阻抗的下降，加上許多被探測的電路在25歐姆-150歐姆范圍內(nèi)有相對低的輸出阻抗的事實，結(jié)果導(dǎo)致了探頭給被測電路帶來了顯著的負(fù)載。同樣地，在探頭引入之前，通過對該電路引入負(fù)載的探頭獲得的波形不能準(zhǔn)確地表示該電路的電壓。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)的這些和那些不足由本發(fā)明的系統(tǒng)、設(shè)備和方法得以解決，由此減小由于例如被測裝置的探頭尖端負(fù)載所導(dǎo)致的測量誤差。簡而言之，本發(fā)明提供一種校準(zhǔn)探頭和示波器系統(tǒng)的方法，使得基本上把探頭和示波器的負(fù)載和帶來的影響(through efect)從測量中除去。因此，用戶將看到表示被測電路信號在時域的顯示，正如在探頭接觸到電路之前會顯示的那樣。
特別地，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種設(shè)備，適合于供測試探頭使用，該測試探頭具有與之相關(guān)聯(lián)的阻抗，該設(shè)備包括存儲器，用來存儲與探頭阻抗相關(guān)聯(lián)的傳遞參數(shù)；和可控阻抗器件，響應(yīng)于所存儲的傳遞參數(shù)來適應(yīng)測試探頭的有效輸入阻抗。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法，包括經(jīng)由包含多個可選阻抗負(fù)載的信號通路從被測裝置采集多個樣值；在頻譜域和振幅域的至少一個域中適應(yīng)可選阻抗負(fù)載以表示DUT(device under test)的阻抗的特征；計算均衡濾波器，該均衡濾波器適合于補(bǔ)償由測量DUT給DUT所帶來的負(fù)載；經(jīng)由未包含可選阻負(fù)載的信號通路從DUT采集樣值；和使用均衡濾波器來處理所采集的樣值，并由此實現(xiàn)減小由于所述DUT測量負(fù)載導(dǎo)致的信號誤差的目的。


通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)的描述可以很容易的理解本發(fā)明，其中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例布置的、包括被測裝置的測試系統(tǒng)的高層框圖；圖2顯示了信號分析系統(tǒng)的高層框圖；圖3顯示了適用于圖1的系統(tǒng)中使用的探頭歸一化固定裝置的高層框圖；圖4顯示了示例性的探頭歸一化測試通路的雙端口模型；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的方法的流程圖；圖6顯示了本發(fā)明的一個實施例；和圖7顯示了適合于本發(fā)明的一個實施例的用戶界面屏幕；為了便于理解，使用相同的附圖標(biāo)記，在可能之處指定了附圖所共有的相同元件。
具體實施例方式
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例布置的、包括被測裝置的測試系統(tǒng)的高層框圖。特別地，探頭110可操作地連接到例如DSO 200的信號分析裝置以用來向其提供從被測裝置(DUT)120所接收的被測信號(SUT)。插在DUT 120和探頭110之間的是探頭歸一化(normalization)固定裝置(fixture)300。
在校準(zhǔn)運行模式下，DUT 120和探頭110之間的信號通路通過探頭歸一化固定裝置300。在非校準(zhǔn)運行模式下，在DUT 120和探頭110之間的信號通路直接連接，而不包括探頭歸一化固定裝置300。校準(zhǔn)模式信號通路由實線表示，而非校準(zhǔn)模式信號通路用虛線表示。應(yīng)當(dāng)注意到圖1所示的探頭通路包括例如在差動式探頭的情況下使用的兩個探頭通路。在可替換實施例中，使用單端或非差動式的探頭，其中第一通路通過被測信號而第二通路可操作地連接到公共點或接地點。通常來講，歸一化固定裝置適合于能夠表示被測裝置的特征以便計算均衡濾波器。在從DUT 120和探頭110之間的信號通路上移去歸一化固定裝置之時，使用均衡濾波器來處理從DU所采集的樣值，以便使得給由DUT所提供的SUT帶來的信號的退化或假象在系統(tǒng)中能夠補(bǔ)償，從而有效地去嵌入(de-embed)由測試和測量系統(tǒng)給DUT所帶來的負(fù)載。
探頭通路(示例性給出兩條)耦合到DUT 120的第一裝置測試點DTP1和第二裝置測試點DTP2。可選地，DUT120內(nèi)部是電路125。電路125包括第一電路測試點CTP1和第二電路測試點CTP2，其中CTP1連接到DTP1，CTP2連接到DTP2。例如，DUT 120可以包括一帶有多個引腳引腳的集成電路(IC)，這些引腳引腳包括與測試點DTP1和DTP2相關(guān)聯(lián)的引腳引腳，而在該IC電路中的管芯包括電路測試點CTP1和CTP2。這些測試點的區(qū)別和與這些測試點相關(guān)聯(lián)的運行參數(shù)的特征將在下面參考圖4更詳細(xì)的討論。
本發(fā)明能夠起到如下的作用校準(zhǔn)探頭110以及可選地還校準(zhǔn)DSO輸入通道，以便把各個信號退化影響從DUT(或電路)的測量中除去(即去嵌入)。該去嵌入過程通過使用雙端口S參數(shù)或T參數(shù)表示來表示表示探頭和其他元件的特征而得以實施，所述表示可以被用來調(diào)整探頭歸一化固定裝置300中的阻抗歸一化參數(shù)和/或過濾用來在DSO 200中處理采集的樣值流的參數(shù)。
可選地，用戶可以將例如雙端口S參數(shù)或T參數(shù)表示的數(shù)學(xué)模型插入到信號測量通路中以補(bǔ)償被測裝置的示波器探頭尖端和被測裝置的具體測量點之間的信號退化或特征。照此，集成電路(IC)可以在其各自的測試點被探測以便給要加以分析且確切地代表在管芯本身處的信號的電壓或者信號提供在測試點(例如DTP1，DPT2)和管芯接口(例如CTP1，CTP2)之間的信號通路的數(shù)學(xué)補(bǔ)償。通常來說，本發(fā)明可以利用從例如用戶接收且表示測試點和DUT之間的電路的特征的傳遞參數(shù)，以便使均衡濾波器等等的計算更適用于補(bǔ)償由探頭和所述DUT之間的電路給DUT帶來的負(fù)載。這種附加傳遞參數(shù)的插入在確定不同中間電路的影響也是有用的(所述中間電路即是指處于DUT或DUT部分和測試探頭之間的電路)，所述中間電路是例如不同的管芯層、封裝、DUT輸出電路等等。
在一個實施例中，本發(fā)明包括插在測試探頭和被測裝置(DUT)之間并且在按鈕按壓式的校準(zhǔn)過程中使用的探頭尖端固定裝置。該校準(zhǔn)過程不使用任何外部電壓源，僅僅使用由被測裝置提供的測試信號。該探頭測試固定裝置包括基于探頭所選擇且響應(yīng)于被測裝置或由被測裝置產(chǎn)生的信號的多個負(fù)載(電阻和/或電抗性阻抗)。該多個負(fù)載包括電阻、電容和/或電感元件的串聯(lián)、并聯(lián)和/或串/并聯(lián)的結(jié)合。該多個負(fù)載可以是無源的或有源的，可以使用中繼器、固態(tài)開關(guān)裝置，或其他選擇裝置來選擇。該探頭尖端固定裝置可以包括一個適合于納入探頭的獨立單元或者可以并入到探頭本身中。
在一個實施例中，多個負(fù)載被排列為一負(fù)載或阻抗矩陣。在各種實施例中，本發(fā)明提供能夠使得從被測裝置的測量中去嵌入探測的影響的新方法和相關(guān)聯(lián)的探頭歸一化固定裝置。
本發(fā)明使用S參數(shù)或T參數(shù)的雙端口矩陣來為與測量信號通路相關(guān)的每一個元件建立模型?？蛇x地，一些元件不用建立模型?？梢赃@樣使用T參數(shù)，以便使得系統(tǒng)模型的每個元件的雙端口矩陣可以通過按照它們出現(xiàn)在所述信號通路中的次序?qū)⑺鼈兿喑硕捎弥苯拥姆绞奖挥嬎?。T參數(shù)是傳遞參數(shù)，并且從S參數(shù)中導(dǎo)出。
歸一化固定裝置和/或探頭的T參數(shù)被存儲在固定裝置本身、探頭或DSO中。在一個實施例中，探頭的T參數(shù)被存儲在探頭中，而固定裝置所使用的T參數(shù)被存儲在固定裝置中。示波器通道T參數(shù)可選地被存儲在DSO 200中。
由DUT提供的信號被用作校準(zhǔn)過程的信號源。示波器使用固定裝置內(nèi)至少一些負(fù)載中的每一個來搜集測量值，然后計算DUT的T參數(shù)。一旦這變?yōu)橐阎?，就移去該固定裝置并把探頭連接到DUT中的校準(zhǔn)測試點。然后把基于校準(zhǔn)的糾正濾波器應(yīng)用到采集到的數(shù)據(jù)上，以便消除或彌補(bǔ)作為頻率的函數(shù)的探頭所帶來的負(fù)載的影響。整個校準(zhǔn)過程是自動的并且是從例如示波器上的單個菜單按鈕激活。應(yīng)該指出固定裝置可以在校準(zhǔn)過程之后被放在合適的位置以便通過避免探測固定裝置的物理移動來提高準(zhǔn)確度(因為位置上的輕微變化就會影響校準(zhǔn))。
現(xiàn)在將簡單的論述S和T參數(shù)之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)指出盡管在本發(fā)明的情景下主要描述了T參數(shù)，但是發(fā)明者也考慮到了使用S參數(shù)而不使用T參數(shù)。因而在這里討論到T參數(shù)的存儲和/或使用的任何部分，S參數(shù)均可以使用來作為替代。在處理這些算法的時候，T參數(shù)可以從S參數(shù)中計算出。T和S參數(shù)的關(guān)系由下面的等式1和2給出T11T12T21T22=-S11S22-S12S21S11S21S11S12-S22S211S21]]>(等式1)S11S12S21S22=T12T22T11·T22-T12·T21T221T22-T21T22]]>(等式2)
圖2顯示了適用于供本發(fā)明使用的、例如信號存儲示波器(DSO)的信號分析裝置的高層框圖。特別地，圖1的系統(tǒng)(信號分析裝置)200包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器212、時鐘源230、采集存儲器240、控制器250、輸入設(shè)備260、顯示設(shè)備270和接口設(shè)備280。
A/D轉(zhuǎn)換器212響應(yīng)由時鐘源230產(chǎn)生的時鐘信號CLK來接收和數(shù)字化SUT。時鐘信號CLK優(yōu)選地是適于引起A/D轉(zhuǎn)換器212以最大采樣率運行的時鐘信號，不過也可選擇其他采樣率。時鐘源230可選地響應(yīng)于由控制器250產(chǎn)生的時鐘控制信號CC(未示出)以改變與時鐘信號CLK相關(guān)的頻率和/或脈沖寬度參數(shù)。應(yīng)當(dāng)指出A/D轉(zhuǎn)換器212經(jīng)由探頭(未示出)接收SUT，所述探頭可以包括一個差動式探頭或單端(即非差動式)探頭。
由A/D轉(zhuǎn)換器212產(chǎn)生的數(shù)字化輸出信號SUT′被存儲在采集存儲器240中。采集存儲器240與控制器250相互協(xié)作來以受控方式存儲由A/D轉(zhuǎn)換器212提供的數(shù)據(jù)樣值，以便使得可以把來自A/DD轉(zhuǎn)換器212的樣值提供到控制器250以供作進(jìn)一步的處理和/或分析。
控制器250被用來管理系統(tǒng)200的各種操作?？刂破?50對存儲在采樣存儲器240中的數(shù)字樣值執(zhí)行各種處理和分析操作?？刂破?50經(jīng)由例如鍵盤或定點設(shè)備的輸入設(shè)備260接收用戶命令?？刂破?50將圖像相關(guān)的數(shù)據(jù)提供到顯示設(shè)備270，如陰極射線管(CRT)，液晶顯示器(LCD)或其他顯示設(shè)備?？刂破?50可選地經(jīng)由接口設(shè)備280與通信鏈路COMM通信，該通信鏈路諸如通用接口總線(GPIB)，網(wǎng)際協(xié)議(IP)，以太網(wǎng)或其他通信鏈路。應(yīng)當(dāng)指出的是根據(jù)所使用的特定通信網(wǎng)絡(luò)來選擇接口設(shè)備280。下面將更詳細(xì)的描述控制器250的一個實施例。
圖2的系統(tǒng)200被描述為只接收一個SUT。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解系統(tǒng)200可以接收和處理多個SUT。優(yōu)選地使用各自的A/D轉(zhuǎn)換器212處理每個SUT，該各自的A/D轉(zhuǎn)換器可以使用由公共的或各自的時鐘源230或一些其他時鐘源提供的時鐘信號CLK來定時。每一個附加的數(shù)字化SUT被連接到采集存儲器240或附加采集存儲器(未示出)。任何附加的采集存儲器直接地或間接地通過附加處理元件與控制器250通信。
控制器250包括處理器254和用來存儲各種程序259P(例如，校準(zhǔn)例程)和數(shù)據(jù)259D(例如，與測試系統(tǒng)里面一個或更多元件相關(guān)的T和/或S參數(shù))的存儲器258。處理器254與諸如電源、時鐘電路、高速緩沖存儲器等等的傳統(tǒng)支持電路256以及輔助執(zhí)行存儲在存儲器258中的軟件例程的電路相互協(xié)作。同樣的，考慮到的是在這里所討論的一些過程步驟-例如軟件過程可以在硬件-例如和與處理器254相互協(xié)作以執(zhí)行各種步驟的電路中實現(xiàn)。控制器250也包括輸入/輸出(I/O)電路252，用于在與控制器250通信的各種功能元件之間形成接口。例如，控制器250經(jīng)由信號通路IN與輸入設(shè)備260通信，經(jīng)由信號通路OUT與顯示設(shè)備270通信，經(jīng)由信號通路INT與接口設(shè)備280通信和經(jīng)由信號通路MB與采集存儲器240通信。控制器250也可以和附加功能元件(未示出)通信，例如這里描述的那些與附加通道相關(guān)的元件、SUT處理電路、開關(guān)、抽取器等等。需要指出的是控制器250的存儲器258可以被包括在采集存儲器240中，采集存儲器240可以被包括在控制器250的存儲器258中，或者可以提供一個共享存儲器設(shè)備。
雖然根據(jù)本發(fā)明把控制器250描述為被編程以執(zhí)行各種控制功能的通用計算機(jī)，但是本發(fā)明可以用硬件例如專用集成電路(ASIC)實現(xiàn)。同樣，這里描述的過程步驟被廣泛地理解為由軟件、硬件或兩者的結(jié)合等效地執(zhí)行。
圖3顯示了適合于圖1系統(tǒng)使用的探頭歸一化固定裝置的高層框圖。特別地，圖3的探頭歸一化固定裝置300包括通信鏈路/控制器310、S或T參數(shù)存儲器320和一可選阻抗矩陣330。S/T參數(shù)存儲器320被用來存儲與探頭110相關(guān)的S或T參數(shù)，以及可選地存儲DUT 120、電路125、DSO 200或用戶提供的參數(shù)中的任何一個。存儲器320存儲的參數(shù)示例性地經(jīng)由通信鏈路/控制器310提供。通信鏈路/控制器310經(jīng)由通信鏈路COMM可操作地連接到信號分析裝置(例如DSO)、計算機(jī)(未示出)或者其他測試系統(tǒng)控制器，其中通信鏈路COMM示例性地例如是以太網(wǎng)、通用串行總線(USB)或者其他通信鏈路。通信鏈路/控制器310還經(jīng)由控制信號CZ來控制可選阻抗矩陣330。
可選阻抗矩陣330包括以矩陣形式排列的多個阻抗元件Z。特別地，在第一行的第一阻抗元件標(biāo)示為Z11，而在第一行的最后一個阻抗元件標(biāo)示為Zln。相似地，在第一列的最后一個阻抗元件標(biāo)示為Zml，而第n列的最后一個阻抗標(biāo)示為Znm。盡管被標(biāo)示為一個可選阻抗元件的m×n網(wǎng)格或矩陣，但是應(yīng)當(dāng)指出可以提供更加簡化的阻抗元件陣列。也要指出每個阻抗元件可以包括電阻元件、電容元件、感應(yīng)元件和任何有源或無源阻抗元件的組合。阻抗矩陣330可以提供串聯(lián)、并聯(lián)、串和并聯(lián)或其他有源或無源阻抗的組合以在DUT(或電路)和探頭110之間實現(xiàn)阻抗歸一化的目的。
通常來講，阻抗元件矩陣330的目的是使探頭110的輸入阻抗適應(yīng)于DUT120(或電路125)的輸出阻抗，以避免或至少減少被測信號參數(shù)的不適當(dāng)?shù)呢?fù)載，而同時還能有足夠的信號傳入探頭。同時必須提供各種負(fù)載范圍以便出現(xiàn)是夠的DUT負(fù)載從而為校準(zhǔn)過程提供好的信號噪聲比。阻抗矩陣可以被修改以提供附加的歸一化。即，除了只是歸一化探頭110之外，還可以應(yīng)用探頭歸一化固定裝置300來利用探頭110結(jié)合DSO 200輸入通道來歸一化探頭110。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識或從本發(fā)明的教導(dǎo)得知各種其他置換。
探頭歸一化固定裝置可以是獨立元件或并入到探頭110中。通常來講，探頭歸一化固定裝置300包括一組適于連接到DUT的輸入探頭引腳和一組適于連接到探頭110的輸出探頭引腳。在探頭歸一化固定裝置300被包含在探頭110中的情況下，電子的或機(jī)械選擇裝置可以被使用在探頭110中以便能夠方便地把探頭歸一化固定裝置功能從在DUT和探頭之間的電路通路上納入和排除。下面將參考圖5更詳細(xì)的論述探頭歸一化固定裝置的一個實施例。
S/T參數(shù)存儲器320可以包括用來存儲固定裝置負(fù)載的S或T參數(shù)的非易失性存儲器。這些S或T參數(shù)可以經(jīng)由通信鏈路COMM提供到示波器或計算機(jī)以便在信號分析裝置中執(zhí)行附加的處理。在一個實施例中，探頭歸一化固定裝置300有與之相關(guān)的多個探頭尖端，這些探頭尖端適合于由例如不同被測裝置、不同測試程序等等(例如，電流探頭、電壓探頭、高功率探頭等等)使用。這些探頭尖端的每一個的特征可以由各自的T參數(shù)或S參數(shù)表示來表示，其中T參數(shù)或S參數(shù)可以存儲在探頭歸一化固定裝置300的存儲器320中。在一個實施例中，通信鏈路/控制器310檢測相連的探頭尖端的類型并相應(yīng)地修改存儲器320中的T參數(shù)或S參數(shù)。這樣，與歸一化固定裝置300的特定探頭尖端相關(guān)的T參數(shù)或S參數(shù)可以被包含在一組描述測試電路的等式中。與一個或多個探頭尖端相關(guān)的T參數(shù)或S參數(shù)可以被存儲在探頭、探頭尖端、示波器或者固定裝置的存儲器中。
圖4描述了示例性的雙端口模型和相應(yīng)的探頭歸一化測試通路的等式，其中測試和測量系統(tǒng)中的多個元件的模型被建立為T參數(shù)2-端口網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)連接。特別地，圖4的模型400(和相應(yīng)的等式400EQ)包括一被測裝置雙端口網(wǎng)絡(luò)410(表示為Td)，固定裝置雙端口網(wǎng)絡(luò)420(標(biāo)示為Tf)，探頭雙端口網(wǎng)絡(luò)430(標(biāo)示為Tp)和示波器雙端口網(wǎng)絡(luò)440(標(biāo)示為Ts)。DUT雙端口網(wǎng)絡(luò)410被描述為包括DUT網(wǎng)絡(luò)412(Td)和用戶模型414(表示為Tu)。
用戶模型雙端口網(wǎng)絡(luò)414(Tu)可選擇地來提供，并為被測裝置的部分硬件給出T參數(shù)模型。例如，用戶模型414可以被用來代表在可接入的部分(即探頭可操作地連接的地方)與DUT中通常不可接入的希望測試的部分(即在管芯中或在邊緣的部分)之間的DUT部分的運行特征。用戶模型通過讓用戶將S參數(shù)模型(或者T參數(shù)模型)裝載到例如DSO中來調(diào)和這個，這里其成為校準(zhǔn)過程的一部分。例如，如果用戶知道從IC引腳引腳到管芯片的結(jié)合線連接的S參數(shù)，那么該連接的T參數(shù)模型可以作為Tu矩陣被包括在校準(zhǔn)中。在系統(tǒng)校準(zhǔn)之后，IC引腳的探頭將產(chǎn)生一個代表管芯芯片信號電平的波形。
通常，本發(fā)明通過使用對固定裝置中的每個校準(zhǔn)負(fù)載的被測入射信號即as的FFT變換來獲得頻譜域的結(jié)果。在計算出最后的vopen之后，通過使用IFFT將結(jié)果變換回時域。在一個實施例中，使用濾波器來實現(xiàn)FFT和/或IFFT操作。
為了說明起見，做出幾個假設(shè)。對于初始推導(dǎo)，DUT雙端口模型將被假設(shè)為帶有輸入入射信號a和反射信號b，其中a和b被歸一化使a+b＝1。Td、用戶DUT，將帶有內(nèi)部信號并產(chǎn)生被稱為歸一化Td的參數(shù)。還假設(shè)測量系統(tǒng)的模型是S參數(shù)雙端口網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)，其被轉(zhuǎn)換為T傳遞參數(shù)以方便矩陣求解。這些雙端口網(wǎng)絡(luò)代表了用戶的被測電路并且次序從左到右(根據(jù)圖4和等式3)是DUT、用戶DUT模型、固定裝置、探頭和示波器。
為了簡化測量等式，假設(shè)示波器的頻率響應(yīng)和它的輸入連接器是足夠平的。還假設(shè)到端口模型Td的輸入電壓是a+b，a+b在Td電路輸入端口是內(nèi)部恒穩(wěn)電壓源。還假設(shè)示波器輸入通道和連接器在相關(guān)帶寬上提供相對平的50歐姆阻抗的匹配。然而，其他測量方式也可以考慮示波器響應(yīng)的參數(shù)。這不排除T參數(shù)也會被包括在歸一化中的可能性。也可做一個假設(shè)，as在S參數(shù)模型的雙端口對于示波器等于0。
等式3ba=Td11Td12Td21Td22·Tu11Tu12Tu21Tu22·Tf11Tf12Tf21Tf22·Tp11Tp12Tp21Tp22·Ts11Ts12Ts21Ts22·asbs]]>其中Td是DUT的傳遞參數(shù)；Tu是部分被測電路的用戶模型；Tf是探頭測試固定裝置的傳遞參數(shù)；
Ts是示波器的傳遞參數(shù)；Tp是探頭的傳遞參數(shù)；bs是在DSO輸出端測量的電壓；和as是在DSO輸出端的反射電壓(對于該推導(dǎo)假設(shè)為0，不過其他推導(dǎo)和實施例可以包含它)。
考慮到a+b＝1和as＝0的假設(shè)，EQ3可以重寫為如下等式3A11ba=11Td11Td12Td21Td22·Tu11Tu12Tu21Tu22·Tf11Tf12Tf21Tf22·Tp11Tp12Tp21Tp22·Ts11Ts12Ts21Ts22·0b]]>這樣；等式3B1=a+b=·Td11Td2Tu11Tu12Tu21Tu22·Tf11Tf12Tf21Tf22·Tp11Tp12Tp21Tp22·Ts11Ts12Ts21Ts22·0bs]]>其中Td1＝Td11+Td21(等式3C)Td2＝Td12+Td22應(yīng)當(dāng)指出的是每一個負(fù)載的不同組的Tf轉(zhuǎn)換到DUT。Tf1和Tp的值在探頭和固定裝置制造的時候被測量并且被分別存儲在探頭和固定裝置中。通過測量具有每個負(fù)載為Tf的as的值然后求出適當(dāng)?shù)牡仁浇M來計算Td的值。測試設(shè)置要求測試固定裝置與DUT連接并且探頭連接到測試固定裝置中。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例一個方法的流程圖。圖5的方法500適用于在例如圖1的系統(tǒng)100使用。該方法使用如上討論的雙端口模型并且假設(shè)由DUT提供的測試信號是相對穩(wěn)態(tài)的信號(即，相對平穩(wěn)的或者重復(fù)的頻率和/或時域能量分布)。這里參考圖5(和其他圖)討論的等式顯示了多個雙端口表示，包括被測裝置、用戶、歸一化固定裝置、探頭和/或示波器T參數(shù)。本發(fā)明可以僅僅使用設(shè)備參數(shù)Td，固定裝置參數(shù)Tf和探頭參數(shù)Tp來實現(xiàn)，其中根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備適合于補(bǔ)償探頭給被測裝置所帶來的負(fù)載。添加示波器T參數(shù)Ts和/或用戶參數(shù)Tu可以用在各種實施例中。這樣，在沒有用戶(Tu)和/或示波器(Ts)參數(shù)的條件下，可以利用這里提供的等式。
方法500是從步驟510開始的，即從DUT中采集時域樣值。
在步驟520中，計算快速傅立葉變換(FFT)以獲得bs。參考方框525，可以使用平均或非平均的數(shù)據(jù)執(zhí)行該計算。
在步驟530，為(在歸一化固定裝置中的)多個負(fù)載選擇的每一個測量bs和計算Td。(對于典型實施例)使用以下等式計算Td等式41=Td1Td2·Tu11Tu12Tu21Tu22·Tf111Tf112Tf121Tf122·Tp11Tp12Tp21Tp22·Ts11Ts12Ts21Ts22·0bs]]>等式51=Td1Td2·Tu11Tu12Tu21Tu22·Tf211Tf212Tf221Tf222·Tp11Tp12Tp21Tp22·Ts11Ts12Ts21Ts22·0b2s]]>等式61=Td1Td2·Tu11Tu12Tu21Tu22·Tf311Tf312Tf321Tf322·Tp11Tp12Tp21Tp22·Ts11Ts12Ts21Ts22·0b3s]]>為了求解變量Td1和Td2，從帶有2個不同負(fù)載的測量獲得的兩個等式是足夠的。然而，發(fā)明者注意到從使用多個不同負(fù)載的測量得到的多個等式，通過例如簡單的平均或最小方差法，可以改進(jìn)Td1和Td2值的準(zhǔn)確度。
在步驟540，通過將雙端口網(wǎng)絡(luò)替換為開路電路的雙端口表示來計算在DUT探測點的開路電壓，如下1=Td1Td2·1001·a0b0]]>(等式7)發(fā)明者注意到開路電壓Vopen實際上是a0值的2倍，因為在開路的情況下，a0＝b0和Vopen＝a0+b0，因此Vopen=2a0=2Td1+Td2]]>(等式8)在本發(fā)明的一個實施例中，在步驟540，這些等式能夠從以上測量導(dǎo)出，以實現(xiàn)時域濾波響應(yīng)。濾波器的時域響應(yīng)可以從它的傳遞函數(shù)中導(dǎo)出。濾波器傳遞函數(shù)如下H=Vopenbis]]>(等式9)
使得V^open=H·b^s]]>(等式10)其中bis是在校準(zhǔn)過程中的示波器測量的第i個負(fù)載，s是在校準(zhǔn)過程中帶有相同的第i個負(fù)載的示波器測量。
然后上述響應(yīng)與利用探頭在測試點的每個新的采樣卷積以便由此在DUT測試點提供一個去嵌入的響應(yīng)。這樣，DUT所用的T參數(shù)(和可選的歸一化固定裝置、探頭和/或示波器的相應(yīng)參數(shù))被確定，以便可以確定出在除去歸一化固定裝置的情況下的基于各種參數(shù)的均衡濾波器。在歸一化固定裝置從電路中被移去并且示波器探頭被連接到其中執(zhí)行了固定裝置校準(zhǔn)過程的DUT的同樣的點之后，應(yīng)用這一濾波器。照此，使用歸一化固定裝置來表示該系統(tǒng)在被測裝置上的負(fù)載的特征，以便可以提供均衡濾波器，其中這種裝置負(fù)載被補(bǔ)償?？商鎿Q地，為了取得更好的去嵌入(de-embed)準(zhǔn)確性，固定裝置可以被放在適當(dāng)?shù)奈恢枚粩_動物理位置。然后濾波器被應(yīng)用到采集信號中。
在步驟550，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及可選的濾波數(shù)據(jù)被存儲在例如存儲器258的數(shù)據(jù)部件259D中。應(yīng)當(dāng)指出在上述求解中(EQ8)，項a0表示在DUT探測點的電壓，基本上所有的探測影響都被去嵌入了。這是校準(zhǔn)過程所希望的結(jié)果。 的反FFT變換產(chǎn)生這個信號在時域中的信號。在實際情況中，應(yīng)當(dāng)指出探頭的物理移動(尤其是非差動式探頭的物理移動)將輕微擾動這種特征，因此，可能要進(jìn)行一次新的校準(zhǔn)。可替換地，為了取得更好的去嵌入的準(zhǔn)確性，固定裝置可以被放在適當(dāng)?shù)奈恢枚粩_動物理位置。
在步驟560和570中，該方法可以起到如下的作用使用存儲的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來重復(fù)地處理采集的數(shù)據(jù)以便提供去嵌入數(shù)據(jù)而產(chǎn)生波形，提供測試數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)端設(shè)備等等。當(dāng)檢測(在步驟570)到測試信號上相對大的變化時，該方法進(jìn)行到步驟510。例如，在本發(fā)明的一個實施例中，在校準(zhǔn)的過程中，所連接的各種負(fù)載的且作為頻率的函數(shù)而測量的電壓的變化由控制設(shè)備(例如DSO)加以注意。該控制設(shè)備然后僅僅選擇那些在DUT電壓上引起最小變化但仍然提供足夠變化的負(fù)載來為去嵌入計算提供合理的信號噪聲比。
在本發(fā)明的一個實施例中，一旦已經(jīng)執(zhí)行校準(zhǔn)并且在去嵌入的情況下觀察DUT信號，就提示用戶該信號在信號電平和波形方面是否出現(xiàn)了很大的差異。在一個替換實施例中，對于這種情況執(zhí)行另一個校準(zhǔn)以便讓用戶能夠確定基于信號電平的電路線性度。例如，如果DUT信號用一個電平被校準(zhǔn)了然后被改變成另一個幅度電平，那么用戶使用當(dāng)前的校準(zhǔn)測量新的電平。然后，用戶可選地執(zhí)行新的校準(zhǔn)并再一次測量該信號。如果測量結(jié)果在兩次校準(zhǔn)之間是不同的，那么就可能是在不同信號電平上有非線性DUT行為的指示。
在又一個實施例中，其中用戶知道特定測試點的S參數(shù)或者T參數(shù)，那些測試參數(shù)經(jīng)由例如上述的菜單結(jié)構(gòu)被加載到測試設(shè)備或控制設(shè)備。在該實施例中，不需要連接去嵌入固定裝置并且該探頭被直接地連接到測試點。
新數(shù)據(jù)bs被獲得，并且ain和bin的值通過如下等式計算binain=Td11Td12Td21Td22·Tu11Tu12Tu21Tu22·Tp11Tp12Tp21Tp22·Ts11Ts12Ts21Ts22·0bs]]>等式11)一旦得知了ain和bin，那么探頭雙端口矩陣能夠被一個開路電路雙端口表示、單位矩陣所代替，DUT測試點電壓能夠計算為2aopenbinain=Td11Td12Td21Td22·1001·aopenbopen.]]>(等式12)如前所指出，aopen的IFFT被計算以獲得被測信號在時域的信號。
圖6顯示了本發(fā)明的一個實施例。特別地，圖6圖形地顯示了本發(fā)明的實施例，其中示波器(可選地存儲S參數(shù)和/或T參數(shù))被可操作地連接到探頭。該探頭可選地將S參數(shù)和/或T參數(shù)存儲在例如探頭連接器外殼中的非易失性存儲器中。一個包括多個負(fù)載和/或如上相對于圖3所述的阻抗矩陣的歸一化固定裝置適合于在輸入端納入探頭。該歸一化固定裝置也適合于納入來自示波器的通信鏈路。該歸一化固定裝置可選地存儲自己的S參數(shù)和/或T參數(shù)。該歸一化固定裝置包括適合于采用電方式來探測被測裝置的探頭尖端，如以上相對于各圖所述的。應(yīng)當(dāng)指出的是在歸一化固定裝置和圖6所示的示波器之間的獨立的通信鏈路電纜可以被集成在探頭電纜中。也要指出，歸一化固定裝置的功能可以被包括在探頭中。
圖7顯示了本發(fā)明實施例適合使用的用戶界面屏幕。特別地，圖7顯示了去嵌入設(shè)置菜單700，其包括去嵌入選擇器命令710、負(fù)載范圍命令720和不可接入探測點命令730。該去嵌入設(shè)置菜單700可以被直接地訪問或經(jīng)由在數(shù)字存儲示波器、計算機(jī)或其他測試和測量設(shè)備的層次或者菜單結(jié)構(gòu)中的其他菜單(未示出)加以訪問。
參考去嵌入設(shè)置命令710，標(biāo)示為“ON”的第一按鈕被用來啟用或禁止去嵌入功能，而標(biāo)示為“CAL”的第二按鈕用來啟用根據(jù)如上所述的系統(tǒng)、方法和設(shè)備進(jìn)行測試系統(tǒng)的校準(zhǔn)。即，假設(shè)去嵌入功能被啟用，校準(zhǔn)功能就被利用，其中，探頭被連接到歸一化固定裝置，該歸一化固定裝置被連接到被測裝置，按下校準(zhǔn)按鈕，在根據(jù)例如如上相對于圖5描述的方法進(jìn)行處理之后，就可以觀察到作為結(jié)果而產(chǎn)生的波形。
負(fù)載范圍功能720允許用戶經(jīng)由第一對話框選擇DUT對數(shù)阻抗(例如20-25歐姆)的范圍并經(jīng)由第二對話框選擇分辨率帶寬(RBW，示例性為1.54MHz)。狀態(tài)框為用戶提供示例性地如-帶寬范圍、錄制長度(示例性的如50KB)和采樣速率(示例性的如40GS/s)的指示。其他信息可以被包括在狀態(tài)顯示框中。
參考不可接入探測點命令730，標(biāo)示為“ON”的第一按鈕使得在本發(fā)明的情景下用戶定義的S或T參數(shù)能夠使用。即，當(dāng)用戶希望并入與數(shù)學(xué)上插在DUT和歸一化固定裝置雙端口網(wǎng)絡(luò)之間(或其他位置)的雙端口網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的S或T參數(shù)時，那些S或T參數(shù)由用戶作為文件提供。這樣，不可接入探測點命令包括通路對話框，用于使得用戶能夠識別文件位于DSO的大型存儲結(jié)構(gòu)的什么地方；和文件名對話框，用于指示用戶提供的S或T參數(shù)文件的名稱。
在本發(fā)明的一個實施例中，一個選項“使用探頭負(fù)載觀察DUT測試點”通過例如用戶界面被提供。在該實施例中，一旦已經(jīng)進(jìn)行了初始測量并且已經(jīng)確定了合適的特征等式，那么就進(jìn)行計算以確定在連接探頭“負(fù)載”(S11)的情況下DUT測試電壓看起來會像什么。當(dāng)假設(shè)S21參數(shù)趨向(理想狀態(tài))負(fù)無窮大時，該操作是有效。采用這種方式，用戶可以在DUT探測點來檢測信號，包括在有或沒有信號校正的情況下分別進(jìn)行(即，沒有探頭下“實際上”的情況和有探頭的情況下“實際上”的情況)。該實施例在如下環(huán)境中可以找到應(yīng)用，例如，假設(shè)探頭負(fù)載和其他影響存在的環(huán)境下(例如，先前校準(zhǔn)的自動測試系統(tǒng)/套件)。
這樣，本發(fā)明可以選擇地提供一個或多個補(bǔ)償結(jié)果，部分地補(bǔ)償結(jié)果或未補(bǔ)償結(jié)果。補(bǔ)償結(jié)果包括探頭加載的DUT測試點的測量結(jié)果，用戶提供特征和其他特征用這里所述的方法也能夠得到解決。部分補(bǔ)償結(jié)果包括DUT測試點的測量，其中只有一部分探頭負(fù)載，用戶提供特征和其他特征用這里所述的方法處理。未補(bǔ)償結(jié)果包括DUT測試點的測量，其中各種負(fù)載參數(shù)沒有被補(bǔ)償。補(bǔ)償、部分補(bǔ)償和未補(bǔ)償操作模式的選擇可以通過例如相對于圖7所討論的用戶界面顯示屏來進(jìn)行，該顯示屏可以修改來提供合適模式的選擇按鈕、對話框或其他對象。
本發(fā)明的各種不同實施例提供許多優(yōu)點例如(1)在除去探測影響的情況下為用戶提供更準(zhǔn)確的波形視圖；(2)校準(zhǔn)過程是一個按鈕按下的過程，同時固定裝置被連接到探頭端時；(3)校準(zhǔn)過程不需要外界的信號源；示波器可以觀察用戶電路的不可接入測試點，通過允許它們加載它們電路的一部分的S參數(shù)模型來進(jìn)行；(5)校準(zhǔn)或歸一化固定裝置能夠被移去，校準(zhǔn)信息被存儲在示波器中以便能夠探測和比較多個用戶板上的同樣的測試點；(6)探頭示波器通道帶寬能夠通過該校準(zhǔn)過程增加；和(7)探頭和示波器通道的建立時間可以被減少。
為了最佳地去嵌入探頭影響，要求知道DUT的s參數(shù)。本發(fā)明，不像現(xiàn)有的在的探頭校準(zhǔn)方法，為例如示波器檢測 DUT S參數(shù)(或T參數(shù))提供方法和設(shè)備，并由此提供一個真實的去嵌入能力。
雖然前面的敘述針對的是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本發(fā)明的其他或者更進(jìn)一步實施例可以在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下設(shè)計出，本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求被確定。
權(quán)利要求
1.一種供測試探頭使用的設(shè)備，所述測試探頭具有與其相關(guān)聯(lián)的阻抗，所述設(shè)備包括存儲器，用于存儲與所述探頭的阻抗相關(guān)聯(lián)的傳遞參數(shù)；和可控阻抗器件，用于響應(yīng)于所存儲的傳遞參數(shù)來適應(yīng)所述測試探頭的有效輸入阻抗。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括控制器，用于響應(yīng)于控制信號來適應(yīng)所存儲的傳遞參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括顯示設(shè)備，用于顯示表示從所述測試探頭接收且根據(jù)所述傳遞參數(shù)適應(yīng)的信號的波形。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述可控阻抗器件包括可選擇的電阻和電抗元件網(wǎng)絡(luò)。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括測試固定裝置，所述測試固定裝置適合于把信號從所述DUT連接到所述測試探頭的尖端。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述測試固定裝置經(jīng)由測試固定裝置探頭尖端與所述DUT連接在一起。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述測試固定裝置探頭尖端包括多個測試固定裝置探頭尖端中的任一個，每個所述測試固定裝置探頭尖端具有與之相關(guān)聯(lián)且存儲在所述存儲器中的相應(yīng)傳遞參數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中響應(yīng)于測試固定裝置探頭尖端到所述測試固定裝置的連接，使用與所述連接的測試固定裝置探頭尖端相關(guān)聯(lián)的所述傳遞參數(shù)來適應(yīng)所述可控阻抗器件。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被集成到所述測試探頭中。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括通信處理器，適合于接收來自通信媒介的傳遞參數(shù)。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述傳遞參數(shù)包括S參數(shù)和T參數(shù)中的至少一個。
12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述存儲器存儲與所述DUT和一供所述測試探頭使用的信號采集裝置中的至少一個相關(guān)聯(lián)的傳遞參數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述存儲器還存儲附加傳遞參數(shù)，所述附加傳遞參數(shù)適合于表示表示在所述探頭可接入的測試點和不可接入的測試點之間安置的電路的特征。
14.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述存儲器還存儲用戶提供的傳遞參數(shù)，所述附加傳遞參數(shù)適合于修正探頭、被測裝置和在所述探頭和所述DUT之間安置的電路中的至少一個的阻抗特征。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備可選擇地適應(yīng)所述測試探頭的所述有效輸入阻抗，以便由此來提供補(bǔ)償結(jié)果和未補(bǔ)償結(jié)果。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述補(bǔ)償結(jié)果可以包括部分補(bǔ)償結(jié)果。
17.一種方法，包括經(jīng)由包括多個可選阻抗負(fù)載的信號通路從波測裝置采集多個樣值；適應(yīng)所述可選阻抗負(fù)載以便在頻譜域和幅度域的至少一個域中表示表示所述DUT的阻抗的特征；計算均衡濾波器，所述均衡濾波器用于補(bǔ)償由測量所述DUT給所述DUT帶來的負(fù)載；經(jīng)由未包括所述可選阻抗負(fù)載的信號通路從所述DUT采集樣值；和使用所述均衡濾波器來處理所述采集的樣值，由此實現(xiàn)減小可歸因于所述DUT的所述測量負(fù)載引起的信號誤差。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述適應(yīng)所述可選阻抗負(fù)載的步驟包括為多個負(fù)載選擇的每個，計算與下面形式的雙端口網(wǎng)絡(luò)表示相關(guān)聯(lián)的參數(shù)1=Td1Td2·Tu11Tu12Tu21Tu22·Tfi11Tfi12Tfi21Tfi22·Tp11Tp12Tp21Tp22·Ts11Ts12Ts21Ts22·0bis]]>
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括使用如下形式的等式計算在被測裝置探測點的開路電壓(Vopen)Vopen=2a0=2Td1+Td2]]>
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中使用帶有如下形式的傳遞函數(shù)的濾波器來實現(xiàn)開路電壓 H=Vopenbis]]>以使得V^open=H·b^s]]>其中bis是在校準(zhǔn)過程中第i個負(fù)載的測量值，s是在測試過程中第i個負(fù)載的測量值。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括使用與被測裝置相關(guān)聯(lián)的S參數(shù)和T參數(shù)中的至少一個計算在被測裝置探測點上的開路電壓(Vopen)。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括接收表示所述探頭和所述DUT之間電路的特征的傳遞參數(shù)；所述均衡濾波器還適合于補(bǔ)償由所述探頭和所述DUT之間的所述電路給所述DUT帶來的負(fù)載。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述傳遞參數(shù)從用戶接收。
24.一種包括用于處理在存儲器存儲的指令并由此執(zhí)行一種方法的處理器的測試和測量儀器，該方法包括經(jīng)由包括多個可選阻抗負(fù)載的信號通路從被測裝置采集多個樣值；適應(yīng)所述可選阻抗負(fù)載以便表示在頻譜域和幅度域的至少一個域中表示所述DUT的阻抗的特征；計算適合于補(bǔ)償由測量所述DUT給所述DUT帶來的負(fù)載的均衡濾波器；經(jīng)由未包括所述可選阻抗負(fù)載的信號通路來從所述DUT采集樣值；和使用所述均衡濾波器來處理所采集的樣值由此減少由于所述DUT的所述測量負(fù)載引起的信號誤差。
25.如權(quán)利要求24所述的儀器，其中所述方法還包括接收附加的特征信息；和使用所述附加特征信息來計算所述均衡濾波器。
全文摘要
一種方法和設(shè)備，適合用于校準(zhǔn)測試探頭和示波器系統(tǒng)，特點在于基本上把探頭的負(fù)載影響從測量中除去。
文檔編號H04M1/24GK1673768SQ20051006971
公開日2005年9月28日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者J·J·皮克爾德, K·譚, W·A·哈格魯普, R·P·安德森, S·M·麥克馬斯特斯 申請人:特克特朗尼克公司