原创 用交叉法进行ps级时间间隔的精确测量

在很多领域如雷达、航天、测绘、高能物理、科研、通信系统中都需要对多个通道间的时间间隔进行精确测量，对于一些极端的应用，要求多通道时间间隔的测试的误差要在50ps以下甚至更小，如何尽量克服测量仪器本身的限制以进行如此高精度的时间参数测量呢？本文以Agilent示波器为例，提供了一种方法。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

要进行ps级时间测量，首先需要示波器的带宽和采样率不能太低，否则信号失真会带来测量误差。Agilent的90000系列示波器可以提供13GHz的带宽以及40G/s的采样率，采样点的间隔可以达到25ps，再通过插值，单一通道的时间测量精度可以<5ps，初步提供了精确测量的可行性。下一步就是如何校正示波器不同通道的时延差以进行多通道时间间隔的精确测量。

示波器前面板上有快沿的校准输出信号（Aux Out），可以把这个校准信号依次连接各个通道，按照校准界面的提示依次完成各个通道的时延和衰减的校准。具体方法和可以参考示波器Service Guide的说明。

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校准完成后通道间的时延误差可以控制在ps量级（<30ps）。

校准可以在现场由用户自己完成，当观察到当前时间相对上次校准时间超过半年或校准温度差别超过5摄氏度时需要重新校准。

通过交叉法可以进一步验证和减小通道间的时延：

把示波器的Aux Out输出设为DemoClk输出，经过功分器分成2路，用2根等长的电缆分别送到示波器的2个输入通道并打开平均模式。

测量2个通道上升沿的时间差T1。

然后互换2根电缆，再测量2个通道上升沿的时间差T2。

则此时示波器2个通道间的时延差为(T1+T2)/2。然后通过在通道skew设置中把这个值输入手动进一步调整延时。然后再次测量T1和T2，确认T1约等于 -T2。

通过以上方法，示波器2个通道间的时延误差和测试电缆不等长所造成的误差基本被消除掉，由于其它不确定性所造成的通道时延误差可以控制在10ps之内。