高速串行接口一般通過差分信令傳輸數據，差分探頭可用于查看信號跡線。除了差分輸入之外，這些探頭還具備接地連接。

連接R & S?Rt-zmxx模塊化多模探頭時，需要考慮是否將探頭接地 (GND) 連接至被測設備 (DUT)。

羅德與施瓦茨解決方案

R & S?RTP高性能示波器是一款一體化解決方案，非常適合高速數字接口測試。R & S?RT-ZMxx模塊化探頭結合多種探頭尖端 (R & S?Rt-zmaxx) 和附件，可以輕松查看數據信號并應對機械和電氣連接挑戰，讓測量更加可靠。

圖1:R & S?RT-ZMA10焊接式探頭尖端

應用

測試高速數字接口時，電路連接對于測量至關重要。首先需要確定是分析主機到設備(或設備到主機)數據信號，還是進行一致性測試。分析主機到設備數據信號時，R & S?RT-ZM160探頭可用于探測實時信號。一致性測試需要利用符合標準的測試夾具，以通過標準50Ω 設備(電纜、連接器和球囊等)查看信號。

本應用說明描述了常規USB 3.2 Gen 1閃存盤的數據信號分析。查看帶寬、工作電壓窗口和負載等所有參數后、取出R & S?RT-ZM160和R & S?RT-ZMA10探頭尖端，將帶有P、N、GND的探頭尖端(見圖1)焊接到閃存盤的USB接口(TX端口)，然后將閃存盤連接到臺式計算機。

圖2:連接P、N、GND后差分信號的眼圖

首先通過眼圖測試檢查差分信號(DM模式)的完整性(見圖2)。眼圖顯示存在一些問題。盡管設備正確連接到發射機，但眼圖仍顯示出高抖動，Q因子較低，差分信號出現偏移并且未圍繞0 v呈對稱。

檢查直流問題，查找差分信號出現偏差的原因。設置寬度觸發 (1 ns)，從常見SKP (K28.1) 字符中采集五個相同極性的比特。現在將采集差模，共模，P和N模式下的跡線(見圖3)。利用探頭電壓表和共模信號平均測量來測試直流參數。

圖3:將信號分離為差模 (R1)、共模 (R2)、P (R3) 和N (R4) 部分

可以發現，P和N跡線與共模跡線大致對稱。這會產生兩個問題。首先，如果P和N圍繞直流值(綠色厘米信號)對稱，差分跡線應圍繞0 v對稱，因為直流值已被抵消。其次，探頭電壓表的共模值為6 mv，共模信號的平均測量值為137 mv，二者并不一致。考慮到這一點，除了常規高速跡線之外，還需要查看整個電路。查看電源連接(見圖4)將有所幫助，還可以使用數字萬用表檢查斷開探頭連接時易于插拔的USB屏蔽線和示波器接地之間的電阻是否小于10 m Ω。

等效電路圖中包含臺式計算機、USB閃存盤和配備R & S?Rt-zm探頭的示波器(見圖4)。圖中顯示相關電源電壓(例如USB總線電壓VDD為5 v) 以及USB高速RX和TX連接。圖中還顯示了電源跡線電阻值RE、R盾牌、RT和RC。

圖4:等效電路

右E表示保護接地的電阻負載 (< 10 m Ω)。R盾牌表示探頭電纜的屏蔽線電阻(約為30 m Ω)。RT表示主機跡線電阻(最大為167 m Ω)，RC表示匹配連接器電阻(最大為30 m Ω)。USB 3.2規范第11.4.2章規定了RT和RC(見下表)。連接探頭尖端的接地連接(標記為藍色)時，RT、RC、RE和R盾牌共同用作USB閃存盤中接地電流的分流器。本應用說明估計了網絡影響，并假定RT和RC為規范最大值的三分之一。這大約為RE或R盾牌電阻器值。

重要的直流電流標記為IVDD,并流經探頭同軸屏蔽線。假設從USB驅動程序數據中提取500毫安電源電流，流經探頭和示波器的電流估計為300毫安，導致探頭電纜屏蔽線出現9毫伏紅外降。

由于探頭尖端中的放大器以本地接地為參考，而示波器輸入以公共接地為參考，因此尖端和底板之間的電位差為9 mV。這一數值看似微不足道，但根據垂直比例，探頭可能以10:1或2:1的比例衰減。軟件通過倒數衰減將輸入端口的所有電壓與連接的探頭相乘，9 mV差值按10:1的衰減比轉變為90 mV。

這種影響在差分信號中較為明顯、因為信號在探頭尖端放大器中從差分信號轉換為單端信號、隨后添加了本地、探頭接地參考和9 mv電位偏移。

另一個不利影響在于示波器信號路徑中的模數轉換器 (ADC) 以公共接地為參考，而探頭電壓表中的ADC以本地被測設備接地為參考，產生共模電壓差(分別為6 mv和137 mv)。

圖5:移除探頭尖端的地連接后差分信號的眼圖解決方案

解決方案簡單易用。查看數據表，確保工作電壓窗口合適，然后移除USB設備上探頭尖端的接地連接。電流不再流經屏蔽線，紅外降將不會影響測量。新眼圖較為理想:無直流偏移，眼圖測量的大多數參數均有所改善(見圖5)。探頭電壓表和共模 (R2) 平均測量值現在具有可比性。

請注意，此解決方案特定于此裝置。其他裝置可能無法在探頭尖端斷開接地的情況下工作，尤其是執行CM，N和P模式測量。另請注意，這種情況與USB技術無關。如果將相同的USB閃存盤插入筆記本電腦或任何帶有探頭尖端的自供電設備，情況將明顯不同并且需要接地連接，因為保護接地無接地環路可用。

此裝置主要受到直流電流的干擾，并未考慮電源線的電感負載，但此負載可能在其他裝置中引起問題。

總結

R & S?RTP示波器和R & S?RT-ZM160等模塊化探頭非常適合探測和分析高速數字信號。此外，此裝置可結合探頭電壓表與可從差模信號切換為共模信號的探頭模式調試線路饋電和接地環路。此類應用無通用解決方案，您需要具體分析不同情況下的接地裝置問題，并采取必要措施以確定符合需求的合適解決方案。