接地或不接地——如何连接探头
高速串行接口一般通过差分信令传输数据，差分探头可用于查看信号迹线。除了差分输入之外，这些探头还具备接地连接。
连接 R&S®RT‑ZMxx 模块化多模探头时，需要考虑是否将探头接地 (GND) 连接至被测设备 (DUT)。
罗德与施瓦茨解决方案
R&S®RTP 高性能示波器是一款一体化解决方案，非常适合高速数字接口测试。R&S®RT-ZMxx 模块化探头结合多种探头尖端 (R&S®RT-ZMAxx) 和附件，可以轻松查看数据信号并应对机械和电气连接挑战，让测量更加可靠。
应用
测试高速数字接口时，电路连接对于测量至关重要。首先需要确定是分析主机到设备（或设备到主机）数据信号，还是进行一致性测试。分析主机到设备数据信号时，R&S®RT-ZM160 探头可用于探测实时信号。一致性测试需要利用符合标准的测试夹具，以通过标准 50 Ω 设备（电缆、连接器和球囊等）查看信号。
本应用说明描述了常规 USB 3.2 Gen 1 闪存盘的数据信号分析。查看带宽、工作电压窗口和负载等所有参数后，取出 R&S®RT-ZM160 和 R&S®RT-ZMA10 探头尖端，将带有 P、N、GND 的探头尖端（见图 1）焊接到闪存盘的 USB 接口（TX 端口），然后将闪存盘连接到台式计算机。
首先通过眼图测试检查差分信号（DM 模式）的完整性（见图 2）。眼图显示存在一些问题。尽管设备正确连接到发射机，但眼图仍显示出高抖动，Q 因子较低，差分信号出现偏移并且未围绕 0 V 呈对称。
检查直流问题，查找差分信号出现偏差的原因。设置宽度触发 (1 ns)，从常见 SKP (K28.1) 字符中采集五个相同极性的比特。现在将采集差模、共模、P 和 N 模式下的迹线（见图 3）。利用探头电压表和共模信号平均测量来测试直流参数。
可以发现，P 和 N 迹线与共模迹线大致对称。这会产生两个问题。首先，如果 P 和 N 围绕直流值（绿色 CM 信号）对称，差分迹线应围绕 0 V 对称，因为直流值已被抵消。其次，探头电压表的共模值为 6 mV，共模信号的平均测量值为 137 mV，二者并不一致。考虑到这一点，除了常规高速迹线之外，还需要查看整个电路。查看电源连接（见图 4）将有所帮助，还可以使用数字万用表检查断开探头连接时易于插拔的 USB 屏蔽线和示波器接地之间的电阻是否小于 10 mΩ。
等效电路图中包含台式计算机、USB 闪存盘和配备 R&S®RT-ZM 探头的示波器（见图 4）。图中显示相关电源电压（例如 USB 总线电压 VDD 为 5 V）以及 USB 高速 RX 和 TX 连接。图中还显示了电源迹线电阻值 RE、Rshield、RT和 RC。
RE表示保护接地的电阻负载 (< 10 mΩ)。Rshield表示探头电缆的屏蔽线电阻（约为 30 mΩ）。RT表示主机迹线电阻（最大为 167 mΩ），RC表示匹配连接器电阻（最大为 30 mΩ）。USB 3.2 规范第 11.4.2 章规定了 RT和 RC（见下表）。连接探头尖端的接地连接（标记为蓝色）时，RT、RC、RE和 Rshield共同用作 USB 闪存盘中接地电流的分流器。本应用说明估计了网络影响，并假定 RT和 RC为规范最大值的三分之一。这大约为 RE或 Rshield电阻器值。
重要的直流电流标记为 IVDD，并流经探头同轴屏蔽线。假设从 USB 驱动程序数据中提取 500 mA 电源电流，流经探头和示波器的电流估计为 300 mA，导致探头电缆屏蔽线出现 9 mV IR 降。
由于探头尖端中的放大器以本地接地为参考，而示波器输入以公共接地为参考，因此尖端和底板之间的电位差为 9 mV。这一数值看似微不足道，但根据垂直比例，探头可能以 10:1 或 2:1 的比例衰减。软件通过倒数衰减将输入端口的所有电压与连接的探头相乘，9 mV 差值按 10:1 的衰减比转变为 90 mV。
这种影响在差分信号中较为明显，因为信号在探头尖端放大器中从差分信号转换为单端信号，随后添加了本地、探头接地参考和 9 mV 电位偏移。
另一个不利影响在于示波器信号路径中的模数转换器 (ADC) 以公共接地为参考，而探头电压表中的 ADC 以本地被测设备接地为参考，产生共模电压差（分别为 6 mV 和 137 mV）。
| USB 最大电源电阻 | ||
|---|---|---|
| 主机迹线电阻 | RT | 167 mΩ |
| 匹配连接器电阻 | RC | 30 mΩ |
| 电缆电阻 | RW | 190 mΩ |
解决方案
解决方案简单易用。查看数据表，确保工作电压窗口合适，然后移除 USB 设备上探头尖端的接地连接。电流不再流经屏蔽线，IR 降将不会影响测量。新眼图较为理想：无直流偏移，眼图测量的大多数参数均有所改善（见图 5）。探头电压表和共模 (R2) 平均测量值现在具有可比性。
请注意，此解决方案特定于此装置。其他装置可能无法在探头尖端断开接地的情况下工作，尤其是执行 CM、N 和 P 模式测量。另请注意，这种情况与 USB 技术无关。如果将相同的 USB 闪存盘插入笔记本电脑或任何带有探头尖端的自供电设备，情况将明显不同并且需要接地连接，因为保护接地无接地环路可用。
此装置主要受到直流电流的干扰，并未考虑电源线的电感负载，但此负载可能在其他装置中引起问题。
总结
R&S®RTP 示波器和 R&S®RT-ZM160 等模块化探头非常适合探测和分析高速数字信号。此外，此装置可结合探头电压表与可从差模信号切换为共模信号的探头模式调试线路馈电和接地环路。此类应用无通用解决方案，您需要具体分析不同情况下的接地装置问题，并采取必要措施以确定符合需求的合适解决方案。
