電源噪聲的測試
加入技術(shù)交流群
圖一：示波器DC的量化誤差示波器存在量化誤差，實(shí)時(shí)示波器的ADC為8位，把模擬信號轉(zhuǎn)化為2的8次方（即256個(gè)）量化的級別，當(dāng)顯示的波形只占屏幕很小一部分時(shí)，則增大了量化的間隔，減小了精度，準(zhǔn)確的測量需要調(diào)節(jié)示波器的垂直刻度（必要時(shí)使用可變增益），盡量讓波形占滿屏幕，充分利用ADC的垂直動(dòng)態(tài)范圍。在圖一中藍(lán)色波形信號（C3）的垂直刻度是紅色波形（C2）四分之一，對兩個(gè)波形的上升沿進(jìn)行放大（F1=ZOOM(C2), F2=ZOOM(C3)），然后對放大的波形作長余輝顯示，可以看到，右上部分的波形F1有較多的階梯（即量化級別），而右下部分波形F2的階梯較少（即量化級別更少）。如果對C2和C3兩個(gè)波形測量一些垂直或水平參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)占滿屏幕的信號C2的測量參數(shù)統(tǒng)計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于后者的。說明了前者測量結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性。通常測量電源噪聲，使用有源或者無源探頭，探測某芯片的電源引腳和地引腳，然后示波器設(shè)置為長余輝模式，最后用兩個(gè)水平游標(biāo)來測量電源噪聲的峰峰值。這種方法有一個(gè)問題是，常規(guī)的無源探頭或有源探頭，其衰減因子為10，和示波器連接后，垂直刻度的最小檔位為20mV，在不使用DSP濾波算法時(shí)，探頭的本底噪聲峰峰值約為30mV。以DDR2的1.8V供電電壓為例，如果按5％來算，其允許的電源噪聲為90mV，探頭的噪聲已經(jīng)接近待測試信號的1/3，所以，用10倍衰減的探頭是無法準(zhǔn)確測試1.8V/1.5V等小電壓。在實(shí)際測試1.8V噪聲時(shí)，垂直刻度通常為5-10mV/div之間。
另外，探頭的GND和信號兩個(gè)探測點(diǎn)的距離也非常重要，當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，會有很多
如圖三為力科PP066探頭，該探頭的地與信號的間距可調(diào)節(jié)，探頭的地針可彈性收縮，操作起來非常方便。通過同軸電纜加隔直模塊后連接到示波器通道上。
也可以把同軸電纜剝開，直接把電纜的信號和地焊接到待測試電源的電源和地上。在圖四中把SMA接頭的同軸電纜的一段剝開，焊接到了電腦主板的DDR2供電的1.8V上面，測量其電源噪聲。
在準(zhǔn)確測量到電源噪聲的波形后，可以計(jì)算出噪聲的峰峰值，如果電源噪聲過大，則需要分析噪聲來自哪些頻率，這時(shí)，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(shí)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(gè)點(diǎn)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
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光信號的抖動(dòng)測試中發(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)。通過這個(gè)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(dòng)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(shí)，為了保證測量精度，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(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濾波。而高于這個(gè)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(shí)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(shí)，示波器需要500MSa/s * 10 ms = 5M pts的存儲深度。
評論