不用定制夹具，如何探测高速数字信号？

探测高速数字信号通常需要夹具

最近几年，因为人工智能、短视频、直播带货等需要处理大量数据的应用越来越火，大家都在追求更快的数据中心和计算能力。但是，当我们想让数据中心、电脑等处理得更快时，也遇到了一些挑战，比如怎么让设备更省电，还有怎么保证数据传输的稳定性。

一些顶尖的技术公司正在努力研发更快的芯片和一些底层的技术，来推动我们的数据传输标准。但随着这些技术的进步，我们对测试设备的要求也越来越高了。现在，如果我们想要测试PCIe 、以太网（C2M）等高速数字接口，就需要一些夹具例如Host Compliance Board（简称“HCB”）和Module Compliance Board（简称“MCB”）来确保信号测试的一致性。（注：夹具是指将非同轴接口转成同轴接口的测试设备）

固定测试点带来测试挑战

但是，这些高速的设备在测试的时候会遇到一些麻烦。比如，我们无法通过夹具来把信号引入到示波器里，此时我们需要在特定的位置增加测试点，然后在这几个测试点上，使用探头的方式来进行测量。以前，即使是那个时候最高带宽的探头，也无法测量目前这么高带宽的信号，有时候就很难发现问题，因为不足的带宽会对电信号产生影响，导致测试结果不准确。

图1. 原型板上采用传统固定测试点的测试设置

随着时间推移，新的数据标准也带来了新的测试要求。开发者只需要检查数据链路中的几个关键点，就能知道设备是否符合标准。但如果出现问题，没有合适的工具，就很难找到问题所在，尤其是在研发阶段。理想情况下，测试工程师应该有一种工具，可以测量测试点之外的高频信号，这样就能更灵活、更容易地找到问题。不过，直到最近，我们的探测技术才跟上了现代数据传输速率的步伐，让我们能够更好地进行调试和保证质量。

是德科技推出灵活的高带宽探头

图 2. 示波器用 InfiniiMax 4 探头测量 53 GBd PAM4 信号

什么决定了探头的带宽？

探测是一门精密的科学。所有探头都会从电路中吸取一些电流，称为“负载”，但过多的探头负载会导致不良影响，从而降低测量精度。有源 RC 探头在很宽的频率范围内具有高阻抗，使其成为许多低负载应用或覆盖广泛阻抗范围的应用（如 DDR 内存测试）的绝佳工具。然而，RCRC 探头在低频和高频下都具有较高的阻抗（图 4）。对于需要持续高频测量的应用，例如 PCIe 和以太网等高速计算中的应用，RCRC 探头也是很好的选择。

图 3. 两种常见探头架构的输入阻抗曲线：RC 和 RCRC

图 4. InfiniiMax 4 系列滤波器及其带宽的比较

InfiniiMax 4 探头能够分析 30 – 50+ GHz 之间数字信号。这是由于 InfiniiMax 4 是一款 RCRC 探头，它优先考虑高带宽下的性能。InfiniiMax 4 有三种放大器型号，每种型号都具有出色的高频 RCRC 带宽：42 GHz砖墙（brick wall）频响、52 GHz brick wall频响和 40 GHz Bessel-Thomson（图3）频响。虽然Bessel-Thomson 滤波器的带宽只有 40 GHz，但它比brick wall滤波器具有更长的滚降，它可以测量 50 GHz 以上的信号（具有衰减的频率响应）。这也是 IEEE 802.3ck 标准的 53 GBd PAM4 信号（106 Gb/s）规定的参考测量接收机频响（图4）。另外，使用是否足够的带宽的探头测量高速信号，测量精度会有很大差异（图5）。

图 5. 使用 30 GHz 带宽探头（上）与 42 GHz 带宽探头（下）测量的 64 GT/s NRZ 信号

灵活、模块化探测的优势

采用定制夹具的传统测试方法通常会带来限制和效率低下。工程师经常因设置复杂性而陷入困境，从而限制了他们在错综复杂的信号网络中快速识别和解决问题的能力。InfiniiMax 4 系列高度模块化且灵活，可最大限度地提高探头的可用性，而不会牺牲信号完整性性能。

图 6. InfiniiMax 探头放大器、连接器、探头尖端和被测板上的支架

InfiniiMax 4 探头放大器的三种型号针对特定频率范围量身定制：40 GHz、50 GHz 和 40 GHz Bessel-Thomson。这三种型号均使用 AutoProbe 3 与示波器连接，使探头前向兼容 InfiniiMax III 探头。可拆卸、灵活的探头尖端可插入放大器上的连接器，探头尖端可弯曲，具有不同的带宽规格。连接器安装在支架上，支架将放大器和尖端固定到位，然后将它们焊接到测试点并进行测量（图 6）。这些探头的模块化使得随着更多探头的出现，可以更换尖端或其他组件。

这种模块化探头系统使工程师在测试过程中具有灵活性和自由度。工程师不再受测试点设置的限制，现在可以探测链路中任何位置的每个信号，而无需定制夹具。这使得 InfiniiMax 4 探头成为每个以最快速度（如 PCIe 6.0/7.0 和 IEEE 802.3ck）工作的测试工程师探测的首选工具。