關(guān)于電源紋波測(cè)量

1、圖一：示波器ADC的量化誤差Z/mwofIshowquanlFileVerticalTimebaseTriggerDisplayCursorsMeasureMattiAjualysisUilrtie?Help10QKS2MOS/210DffiV05lg107JmVS.OOmV2Q.0P1Wly9WmV-210J0mVcf5i3431mV3mVAiv9.80mVFl-2002)1LsCrov電源噪聲測(cè)試美國(guó)力科公司深圳代表處張昌駿當(dāng)今的電子產(chǎn)品，信號(hào)速度越來(lái)越快，集成電路芯片的供電電壓也越來(lái)越小，90年代芯片的供電通常是5V和3.3V,而現(xiàn)在，高速I(mǎi)C的供電通常為2.5V,1.8V或1.5V等等

2、。對(duì)于這類(lèi)電壓較低直流電源的電壓測(cè)試（簡(jiǎn)稱(chēng)電源噪聲測(cè)試），本文將簡(jiǎn)要討論和分析。在電源噪聲測(cè)試中，通常有三個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確z示波器的量化誤差z使用衰減因子大的探頭測(cè)量小電壓z探頭的GND和信號(hào)兩個(gè)探測(cè)點(diǎn)的距離過(guò)大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(hào)轉(zhuǎn)化為2的8次方（即256個(gè)）量化的級(jí)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(cè)量需要調(diào)節(jié)示波器的垂直刻度（必要時(shí)使用可變?cè)鲆妫?，盡量讓波形占滿(mǎn)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(hào)（C3）的垂直刻度是紅色波形（C2）四分之一，對(duì)兩個(gè)波形的上升沿進(jìn)行放大（F1=ZOOM（C

3、2）,F2=ZOOM（C3），然后對(duì)放大的波形作長(zhǎng)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(jí)別），而右下部分波形F2的階梯較少（即量化級(jí)別更少）。如果對(duì)C2和C3兩個(gè)波形測(cè)量一些垂直或水平參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)占滿(mǎn)屏幕的信號(hào)C2的測(cè)量參數(shù)統(tǒng)計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于后者測(cè)量結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性。通常測(cè)量電源噪聲，使用波器設(shè)置為長(zhǎng)余輝模式，最后用兩個(gè)水平游標(biāo)來(lái)測(cè)量電源噪聲的峰峰值。這種方法有一個(gè)問(wèn)題是，常規(guī)的無(wú)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%

4、來(lái)算，其允許的電源噪聲為90mV,探頭的噪聲已經(jīng)接近待測(cè)試信號(hào)的1/3,所以，用10倍衰減的探頭是無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)試1.8V/1.5V等小電壓。在實(shí)際測(cè)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(hào)兩個(gè)探測(cè)點(diǎn)的距離也非常重要，當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，會(huì)有很多EMI噪聲輻射到探頭的信號(hào)回路中（如圖二所示）,示波器觀察的波形包括了其他信號(hào)分量，導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)試結(jié)果。所以要盡量減小探頭的信號(hào)與地的探測(cè)點(diǎn)間距，減小環(huán)路面積。對(duì)于小電源的電壓測(cè)試，我們推薦衰減因子為1圖二：探頭上的信號(hào)電流回路以,力科一二意SMA接頭DC507DC1M/A1在電源噪聲測(cè)試中，還存在示波器通道輸入阻抗選

5、擇的爭(zhēng)議。示波器的通道有n二二二二4選項(xiàng)可選（對(duì)于高端示波器，可能只有50個(gè)選項(xiàng)）匕些工圖四：測(cè)量某電腦主板DDR2的1.8V的電源噪聲如圖三為力科PP066探頭，該探頭的地與信號(hào)的間距可調(diào)節(jié)，探頭的地針可彈性收縮，操作起來(lái)非常方便。通過(guò)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(kāi)，直接把電纜的信號(hào)和地焊接到待測(cè)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(kāi)焊接到了電腦主I板的DDR2供電的1.8V上面，測(cè)量其電源噪聲。的無(wú)源傳輸線探頭。使用這類(lèi)探頭時(shí),示波器的最小刻度可達(dá)2mV/div,不過(guò)其動(dòng)態(tài)范圍有限，偏移的可調(diào)范圍限制在+/-750在測(cè)量常見(jiàn)的1.5V、1

6、.8V電源時(shí)，需要隔直電路（DC-Block）后再輸入到示波器。LfiCroy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

7、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(lèi)儀器的40倍以上）。3.3VHl-24.4d0ml口04両陶WI號(hào)畋如圖五所示FileVerticalTimebaseTriggerDisplayCursorsMea&ureMathAnatysisUtilitiesHelpnIIr；I4kHz為某光模塊的3BV電源的噪聲。其噪聲的頻譜最高點(diǎn)的頻率為311：6KHz。這

8、個(gè)光模塊輸出的1.25GbpS光言號(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)。在周期性抖動(dòng)分解后（Pjbreakdown菜單），發(fā)現(xiàn)312KHz63.7皮秒，在眼圖中也明顯可諧察到抖動(dòng)。通過(guò)這個(gè)案例說(shuō)明，電源噪些高速信號(hào)的眼圖和抖動(dòng)變差。對(duì)電源噪聲進(jìn)行頻譜分析，能有效定位噪聲試的方向。很可能導(dǎo)致的來(lái)引witAirj|X1=MM3臨InX2=272.5kHzWHt.Ddecade.犬14口呂brnLl-504dsAMeasirePI:i；Tj：iP2:(：ConvRi：iP3:i：C：orivDi：iin口P4:(Pj)iz-j1.00Q/div100ps/div在使用示波器P5:(DC

9、D)P6:(DDj)P7：P8圖六：某1.25Gbps信號(hào)的抖動(dòng)和眼圖測(cè)試結(jié)果0.0MsWTrigger5.00k#/div100ps/div量電源噪聲時(shí)，為了保證2.00decades100mUI/div源1.00MS5.00|js/divALJto20GS/sEdge89.0Pos以上SerialData.AnalysisFLLSettings_j_的電源噪聲，對(duì)于目前最曰的險(xiǎn)噪GE聲&掃k以已使嚇!自9門(mén)陶瓷遲電門(mén)E緊g耦J合t的V電time.ItismeasuredbyanalyzingpeaksintheFouriertranstormof在封裝和芯片級(jí)的去耦措施來(lái)完成了。iomAdv.Controi二性分析,，250M源和地平面來(lái)濾波。而高于這個(gè)頻率的只能,250M的頻譜分辨率（即deltaf）越小。通常我們的開(kāi)