光隔离探头在高速数字电路信号完整性(SI)测试中的应用

一、客户背景与测试需求

客户行业：高速通信设备制造商

测试需求：

客户研发的100Gbps高速光模块驱动电路需要进行信号完整性测试，以确保眼图质量符合IEEE 802.3标准。具体需求包括：

超高带宽要求：信号速率高达25GBaud，需测量带宽≥1GHz以捕捉5次谐波。

超快上升时间：信号上升时间<35ps，需探头上升时间<350ps以避免波形失真。

低负载效应：被测电路阻抗敏感，需探头负载极低（电容<1pF），避免影响电路工作状态。

高精度测量：眼图张开度测量精度需优于±1%。

系统兼容：需兼容现有Tektronix DPO70000SX系列示波器。

二、测试系统配置方案

核心测量设备：

光隔离探头：Micsig MOIP1000P（1套）

关键参数：

带宽：1GHz（满足100Gbps信号测试需求）

上升时间：≤350ps（对应2.8GHz带宽，远超信号需求）

共模抑制比：DC 180dB / 1GHz 108dB（优异的抗噪能力）

差模电压：0.1V - 5000V（适合小信号测量）

底噪：<0.45mVrms（极低底噪，利于眼图测量）

直流增益精度：1%（高精度测量）

共模电压：85kVpk（超高隔离电压）

示波器系统：

主机：Tektronix DPO70000SX（1台）

带宽：70GHz

采样率：200GSa/s

通道数：4通道

配备DPOJET软件（眼图分析）

辅助设备：

误码率测试仪：Anritsu MP1900A（1台）

高速信号发生器：Keysight M8195A（1台）

微波探针台：GGB Picoprobe（1套）

校准套件：Keysight 85052D（1套）

三、系统搭建与配置

安装实施：

使用微波探针将MOIP1000P探头连接至PCB板上的测试点（Test Point）。

探头输出端通过光纤连接至示波器CH1通道。

探头主机放置在探针台旁，通过光纤与示波器连接。

确保探头接地针与PCB地平面紧密接触，减少接地回路。

参数配置：

示波器设置：

采样率：100GSa/s（满足1GHz带宽需求）

时基：20ps/div（观察眼图）

垂直刻度：根据信号幅度设置为50mV/div

触发方式：时钟恢复触发

探头设置：

衰减比：10:1（匹配小信号幅度）

滤波模式：关闭

四、测试方法与流程

测试准备：

探针校准：使用校准套件对微波探针进行S参数校准。

系统校准：使用示波器内置校准信号对探头进行偏置和增益校准。

零点调整：短接探头输入端，调整示波器基线至零位。

测试项目与流程：

眼图测试：

发送PRBS信号，采集眼图波形。

测量眼图高度、宽度、抖动成分。

上升/下降时间测试：

测量信号上升沿和下降沿时间。

分析信号边沿质量。

串扰测试：

在相邻信号线施加干扰信号，测量目标信号的串扰幅度。

评估PCB布局的抗干扰能力。

数据采集：

眼图测试采集至少1M个比特。

上升时间测试采集单次脉冲波形。

串扰测试记录干扰前后的波形差异。

五、测试结果与分析

精度验证结果：

在500mV信号下，测量误差为0.5%（优于标称1%精度）。

眼图底噪<1mV，眼图张开度清晰可见。

关键测试数据：

眼图高度：480mV（满足设计指标>400mV）

眼图宽度：18ps（满足设计指标>15ps）

上升时间：30ps（满足设计指标<40ps）

串扰抑制：-40dB（满足设计指标<-30dB）

动态性能评估：

上升时间实测：320ps（与标称350ps基本一致）

无过载失真：在信号峰值期间，探头输出线性良好

温度稳定性：连续测试2小时，输出漂移<0.1%

六、应用总结

方案优势：

超高带宽测量能力：1GHz带宽及350ps上升时间准确捕捉了高速数字信号的细节。

极低负载效应：光隔离探头的输入电容极低，对被测电路影响微乎其微。

优异的抗噪性能：108dB的高共模抑制比有效抑制了高速电路的电源噪声。

完全电气隔离：光纤传输彻底隔离了测试环境，保障了测试安全。

高精度与低底噪：1%的增益精度和<0.45mVrms的底噪为眼图分析提供了可靠数据。

技术创新点：

采用光纤隔离技术，解决了高速电路测试中的接地回路干扰难题。

优化的前端放大电路设计，在高带宽下仍保持低底噪特性。

宽动态范围设计，兼顾了大信号测量与微小信号捕捉。

应用价值：

本方案成功解决了高速通信设备信号完整性测试的技术难题，测试数据为：

PCB布局优化提供了实测依据

驱动电路参数调整提供了数据支撑

产品认证（IEEE 802.3）提供了测试报告

本方案验证了MOIP1000P光隔离探头在高速数字电路测试中的优异性能，为高速通信设备研发提供了可靠的测量解决方案。

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