示波器精确测量电源完整性的五大技巧

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。
选择噪声最低的信号路径阻抗：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一般来说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最佳选择。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可以最大限度地减低该问题的影响。
使用最灵敏的垂直刻度：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。
使用具有1:1衰减比的探棒可以显著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/div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/div，而使用衰减比为10:1的探棒只能设置至10 mV/div。
    如何探测电源轨信号与其他技巧一样重要。有些使用者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。

图3：对于小信号，使用衰减比为 1:1 的探棒可以获得更精确的测量结果。
技巧3：达到足够的偏移量交流耦合和阻隔电容
示波器内建的偏移量通常不足以让使用者将波形放置在显示器中央并放大显示，这会导致两个负面因素：示波器只使用一小部分ADC垂直分辨率并使用更大的垂直刻度，从而产生额外的噪声；这会降低测量品质。
如果在选定的路径和探棒上使用阻隔电容或示波器的交流耦合模式，将去除信号中的直流分量；这可以解决部分问题，但会无法看到实际的DC值和漂移。
   内建偏移的探棒一些探棒具有额外的内建偏移，其优势在于可让使用者获得足够的偏移量，从而能看到真实的DC值和低频特性，诸如漂移和骤降(sag)。
技巧4：评估开关与EMI频域图
特征化电源轨通常需要确保电源轨上没有耦合干扰信号，此外大家有时需要考虑开关谐波。查看时域波形无法确定这些干扰因素，但透过示波器的FFT功能可以在频域看到这些干扰。
    查看频域波形需要多大的带宽？这取决于电源轨上可能耦合的潜在信号，包括频率信号和快速边缘谐波。

图4：查看电源轨在时域中的波形图可以得到Vpp；但要找出并隔离电源轨上的耦合信号(例如本例中的2.4 GHz Wi-Fi信号)，则需要使用频域图。
技巧5：加快测量速度更新速率对电源完整性测量速度的影响
电源轨测量需要找出最坏情况下的电压值，建立高可靠度意味着在更长时间内进行数百或数千次测量；这会耗费很长的时间，而且过程也会很枯燥。电源完整性测量的独特之处在于它们通常需要很长的时间跨度，为了保持更高的带宽，示波器需要更高的采样率，从而将占用大量的内存。
波形更新速率用于描述示波器处理内存、在显示器上显示结果并开始撷取新数据的速度；数字示波器的更新速率高达100万个波形/秒。快速的更新速率则意味着可以更快地完成Vpp和FFT等测量。许多示波器的最大更新速率在每秒数十次或数百次采样的范围内，这意味着这种示波器要准确获得最坏情况下的容差测试，所需时间比更新速率高的示波器要高出几个等级。更新速率高的示波器能让使用者更快速地完成精确测量。
说了这么多安泰来给大家总结一下：
1、选择低噪声示波器对于精确测量电源完整性至关重要；
2、示波器搭配衰减比 1:1 、内建偏移、高带宽、高直流阻以及整合电压计的探棒使用，可提升测量性能；
3、了解并正确设定一系列示波器属性，例如垂直刻度和带宽限制滤波器，可提高测量结果的精确度；
4、添加频域图可让用户快速隔离耦合信号；
5、快速更新速率能让用户更快速地测试电源轨

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