示波器基礎(chǔ)系列之五 —— 電源噪聲測試

在電源噪聲測試中，還存在示波器通道輸入阻抗選擇的爭議。示波器的通道有DC50/DC1M/AC1M三個選項可選（對于高端示波器，可能只有DC50一個選項）。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。

在測試中我們發(fā)現(xiàn)：如果使用1倍衰減的探頭測試，當(dāng)示波器通道輸入為1M歐時，通常其測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，同軸電纜的特性阻抗50歐與通道的完全匹配，沒有反射；而通道輸入阻抗為1M歐時，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歐輸入阻抗是測試的電源噪聲高于50歐的。所以，測量小電源噪聲推薦使用50歐的輸入阻抗。

在準(zhǔn)確測量到電源噪聲的波形后，可以計算出噪聲的峰峰值，如果電源噪聲過大，則需要分析噪聲來自哪些頻率，這時，需要對電源噪聲的波形進(jìn)行FFT，轉(zhuǎn)化為頻譜進(jìn)行分析。FFT中信號時間的長度決定了FFT后的頻譜分辨率，在力科示波器中，支持業(yè)界最大的128M個點的FFT，能準(zhǔn)確定位電源噪聲來自于哪些頻率（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的頻率為311.6KHz。這個光模塊輸出的1.25Gbps光信號的抖動測試中發(fā)現(xiàn)了同樣的312KHz的周期性抖動。在圖六中可以看到，把1.25G串行信號的周期性抖動分解后(Pj breakdown菜單)，發(fā)現(xiàn)312KHz的周期性抖動為63.7皮秒，在眼圖中也明顯可以觀察到抖動。通過這個案例說明，電源噪聲很可能導(dǎo)致一些高速信號的眼圖和抖動變差。對電源噪聲進(jìn)行頻譜分析，能有效定位噪聲的來源，指引調(diào)試的方向。

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

推薦采樣率在500MSa/s以上，這樣奈科斯特頻率為250M，可以測量到250MHz以下的電源噪聲，對于目前最普及的板級電源完整性分析，250M的帶寬已足夠。低于這個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濾波。而高于這個頻率的只能在封裝和芯片級的去耦措施來完成了。

波形的采集時間越長，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長的波形，在500MSa/s采樣率時，示波器需要500MSa/s * 10 ms = 5M pts的存儲深度。

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