图2:噪声是导致电源轨直流涟波测量不准确的主要原因。
一个简单的方法是自己测量。快速特征化仅需几分钟,且无需使用外部设备。断开示波器的所有输入,打开Vpp测量,设置噪声测量的垂直刻度和采样率,让示波器运行,直到获得稳定且一致的Vpp噪声值。噪声水平取决于垂直灵敏度设置、带宽设置和阻抗选择(50Ω或1MΩ),并且在同一示波器上的不同信道上会存在微小的差别。
不同制造商的示波器的噪声水平差异可能会高达100%,如果需要精 确地测量涟波,请确保选择噪声水平更低的示波器。
选择噪声zui低的信号路径阻抗用于测量电源完整性的示波器通常具有两种信号路径阻抗:50Ω和1MΩ;使用者可以使用支持其中任意一种阻抗的探棒,或者使用缆线来完成电源轨测量。
对于具有上述两种阻抗的示波器来说,50Ω阻抗通常噪声更小,且支持示波器全带宽。1MΩ路径上的噪声可能是50Ω路径上的噪声的两到三倍,并且1MΩ路径上的带宽通常限制为500MHz,因此50Ω路径是测量电源完整性的zui佳选择。
电源轨的输出阻抗通常为mΩ等级。对于没有任何探棒的缆线测量设备来说,50Ω路径具有50Ω的直流输入阻抗,会产生一些负载效应,从而会减小电源轨直流幅度值。使用专用电源完整性探棒,例如具有50kΩ输入阻抗的R&S RT-ZPR20,可以zui大限度地减低该问题的影响。
由于不匹配的1MΩ和50Ω传输线之间会发生反射(reflection),因此不建议将50Ω缆线(例如 50Ω尾纤同轴线)直接连接到示波器的1MΩ输入端。
使用zui灵敏的垂直刻度示波器噪声位准与示波器全屏幕垂直刻度值有关。因此,使用更灵敏的垂直分辨率将会减少测量的总噪声量。此外,当放大信号使其覆盖大部分垂直范围时,示波器将更充分利用ADC分辨率,这时Vpp的测量值将更准确。
限制带宽噪声具有宽带特性,在示波器未连接输入的情况下打开FFT功能,便可看到示波器的整个带宽上存在的噪声。打开带宽限制滤波器可以降低宽带噪声,有助于更精 确地测量电源轨,但缺点在于如果带宽限制设定值太低,较高频率的异常就不会显示。
应该使用多大带宽?答案是这取决于具体的信号。虽然切换速度可能在kHz范围内,但快速边缘(fast edges)会产生MHz范围的谐波。对于频率更高的耦合信号,包括频率谐波,则需要更大的带宽来撷取这些信号。R&S RTO和R&S RTE数字示波器均配备了带宽限制滤波器。此外,HD模式可进一步降低宽带噪声,并将垂直分辨率提高到16位。
选择合适的探棒(衰减、带宽和连结)
使用具有1:1衰减比(attenuation ratio)的探棒可以显着提高测量电源完整性的精 确度;具有较高衰减比的探棒会放大噪声,较高的衰减比则会限制可以使用的垂直灵敏度。例如在输入低至1 mV/p的示波器上使用衰减比为1:1的探棒就可以将灵敏度缩小至1mV/p,而使用衰减比为10:1的探棒只能设置至10 mV/p。
如何探测电源轨信号与其他技巧一样重要。一些用户将电源轨链接至信号质量高、便于连接的SMA连接器;有些使用者是选择焊接连结,也有使用者选择在旁路电容使用夹具作为简易的接点;还有人是使用手持式探棒。每种技巧在易用性、所需的前期规划和信号质量方面都各有利弊。