高速示波器时延校准实操：单边单信号法从准备到验证的全步骤指南

一、校准核心原理：单边单信号的时延补偿逻辑

单边单信号校准通过单一参考信号（如示波器内置校准信号、外部阶跃信号）测量通道固有时延，核心解决三类误差：

物理时延：探头线缆（如 1m 50Ω 同轴电缆时延约 5ns）、放大器电路引入的固定传输差；

寄生参数时延：探头接触电容（典型值 2-10pF）导致的信号沿延迟；

触发偏移：示波器内部触发电路与采集通道的时间不同步。

校准目标为：单通道时延误差≤1ps（10GHz 以上信号），触发与采集的时间差趋近于 0，确保高速信号（如 PCIe 5.0 32Gbps）的时序测量精度。

二、全流程实操：从准备到验证的五步法

（一）准备阶段：工具与环境规范

（二）信号连接：单端校准的关键链路

内置信号校准（最常用）：

探头探针接示波器 “CAL” 输出端，接地针直接连接校准信号地端（避免使用长接地夹）；

通道设置：DC 耦合，垂直刻度调至信号占满 80% 屏幕高度，时基显示 2-3 个信号周期（如 1kHz 信号设 500μs/div）。

外部信号校准（高频场景）：

外部阶跃源输出接 50Ω 功分器，一路接示波器 CH1（校准通道），另一路接负载（匹配终端）；

电缆长度严格一致（误差≤1mm），避免引入额外时延差。

（三）自动校准：主流示波器的操作范式

以泰克 DPO73304SX 和罗德与施瓦茨 RTP 为例：

泰克示波器：

按 “Probe” 键→选中目标通道→进入 “Probe Setup”→选择 “Delay Calibration”；

点击 “Auto Cal”，示波器自动测量信号 50% 阈值点与内部触发的时差，存储补偿值（显示 “Calibrated Delay: XX ps”）。

罗德与施瓦茨示波器：

进入 “Measure”→“Time”→“Delay”，设置触发源为校准通道；

启用 “Statistics” 功能，记录 1000 个样本的时延均值，自动写入补偿参数。

（四）手动校准：无自动功能时的补偿方法

基线校准：将探头探针直接接地，记录触发基线（时间零点）；

时延测量：接入校准信号，用光标标记上升沿 50% 阈值点，读取与零点的偏差（如 120ps）；

补偿输入：进入 “Vertical”→“Deskew”，手动输入时延值（+120ps），完成偏移修正。

（五）精度验证：三重验证法

时间间隔验证：测量 100MHz 标准信号周期，误差需≤5ps（如理想 10ns，实测 9.997-10.003ns）；

触发同步验证：对比校准信号的触发时刻与波形显示起点，偏移量≤1ps；

高频相位验证：对 10GHz 正弦信号，测量输入与校准通道的相位差，换算时延误差≤2.8ps（对应 0.1° 相位差）。

三、设备适配与场景化方案

（一）按示波器带宽分类

（二）常见问题与解决方案

四、关键注意事项

探头适配：有源探头需单独校准（每支探头的时延特性不同），无源探头需补偿线缆容性时延；

校准周期：每次更换探头、调整电缆长度或环境温度变化超 10℃时必须重校；

高频禁忌：10GHz 以上信号禁止使用长接地夹（接地电感会引入≥20ps 时延误差），需用弹簧接地针。

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