示波器基礎(chǔ)系列之五 —— 電源噪聲測(cè)試

在電源噪聲測(cè)試中，還存在示波器通道輸入阻抗選擇的爭(zhēng)議。示波器的通道有DC50/DC1M/AC1M三個(gè)選項(xiàng)可選（對(duì)于高端示波器，可能只有DC50一個(gè)選項(xiàng)）。一些工程師認(rèn)為應(yīng)該使用1M歐的輸入阻抗，另一些認(rèn)為50歐的輸入阻抗更合適。

在測(cè)試中我們發(fā)現(xiàn)：如果使用1倍衰減的探頭測(cè)試，當(dāng)示波器通道輸入為1M歐時(shí)，通常其測(cè)量出的電源噪聲大于50歐輸入阻抗的。原因是：高頻電源噪聲從同軸電纜傳輸?shù)绞静ㄆ魍ǖ篮?，?dāng)示波器輸入阻抗是50歐時(shí)，同軸電纜的特性阻抗50歐與通道的完全匹配，沒(méi)有反射；而通道輸入阻抗為1M歐時(shí)，相當(dāng)于是高阻，根據(jù)傳輸線理論，電源噪聲發(fā)生反射，這樣，導(dǎo)致1M歐輸入阻抗是測(cè)試的電源噪聲高于50歐的。所以，測(cè)量小電源噪聲推薦使用50歐的輸入阻抗。

在準(zhǔn)確測(cè)量到電源噪聲的波形后，可以計(jì)算出噪聲的峰峰值，如果電源噪聲過(guò)大，則需要分析噪聲來(lái)自哪些頻率，這時(shí)，需要對(duì)電源噪聲的波形進(jìn)行FFT，轉(zhuǎn)化為頻譜進(jìn)行分析。FFT中信號(hào)時(shí)間的長(zhǎng)度決定了FFT后的頻譜分辨率，在力科示波器中，支持業(yè)界最大的128M個(gè)點(diǎn)的FFT，能準(zhǔn)確定位電源噪聲來(lái)自于哪些頻率（其頻譜分辨率是同類儀器的40倍以上）。

圖五 測(cè)量某3.3V的電源噪聲

如圖五所示為某光模塊的3.3V電源的噪聲。其噪聲的頻譜最高點(diǎn)的頻率為311.6KHz。這個(gè)光模塊輸出的1.25Gbps光信號(hào)的抖動(dòng)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)了同樣的312KHz的周期性抖動(dòng)。在圖六中可以看到，把1.25G串行信號(hào)的周期性抖動(dòng)分解后(Pj breakdown菜單)，發(fā)現(xiàn)312KHz的周期性抖動(dòng)為63.7皮秒，在眼圖中也明顯可以觀察到抖動(dòng)。通過(guò)這個(gè)案例說(shuō)明，電源噪聲很可能導(dǎo)致一些高速信號(hào)的眼圖和抖動(dòng)變差。對(duì)電源噪聲進(jìn)行頻譜分析，能有效定位噪聲的來(lái)源，指引調(diào)試的方向。

在使用示波器測(cè)量電源噪聲時(shí)，為了保證測(cè)量精度，需要選擇足夠的采樣率和采集時(shí)間。

推薦采樣率在500MSa/s以上，這樣奈科斯特頻率為250M，可以測(cè)量到250MHz以下的電源噪聲，對(duì)于目前最普及的板級(jí)電源完整性分析，250M的帶寬已足夠。低于這個(gè)頻率的噪聲可以使用陶瓷電容、PCB上緊耦合的電源和地平面來(lái)濾波。而高于這個(gè)頻率的只能在封裝和芯片級(jí)的去耦措施來(lái)完成了。

波形的采集時(shí)間越長(zhǎng)，則轉(zhuǎn)化為頻譜后的頻譜分辨率（即delta f）越小。通常我們的開(kāi)關(guān)電源工作在10KHz以上，如果頻譜分辨率要達(dá)到100Hz的話，至少需要采集10ms長(zhǎng)的波形，在500MSa/s采樣率時(shí)，示波器需要500MSa/s * 10 ms = 5M pts的存儲(chǔ)深度。

總結(jié)：本文簡(jiǎn)要介紹了電源噪聲測(cè)試中的注意事項(xiàng)和分析方法。歡迎讀者與筆者聯(lián)系，交流電源噪聲測(cè)試的技術(shù)。