中心議題：

• 用示波器進行電源噪聲測試

解決方法：

• 測量時讓波形占滿屏幕可有效減少量化誤差
• 需要選擇合適的探頭
• 測量小電源噪聲推薦使用50歐的輸入阻抗

當今的電子產品

，信號速度越來越快，集成電路芯片的供電電壓也越來越小
，90年代芯片的供電通常是5V和3.3V，而現在
，高速IC的供電通常為2.5V, 1.8V或1.5V等等。對於這類電壓較低直流電源的電壓測試（簡稱電源噪聲測試），本文將簡要討論和分析。

在電源噪聲測試中
，通常有三個問題導致測量不準確：
1.示波器的量化誤差
；
2.使用衰減因子大的探頭測量小電壓
；
3.探頭的GND和信號兩個探測點的距離過大

；

示波器存在量化誤差。實時示波器的ADC為8位，把模擬信號轉化為2的8次方（即256個）量化的級別，如果顯示的波形隻占屏幕很小一部分

，則增大了量化的間隔
，減小了精度。準確的測量需要調節示波器的垂直刻度（必要時使用可變增益），盡量讓波形占滿屏幕，充分利用ADC的垂直動態範圍。圖一中藍色波形信號（C3）的垂直刻度是紅色波形（C2）四分之一，對兩個波形的上升沿進行放大（F1=ZOOM(C2), F2=ZOOM(C3)），然後對放大的波形作長餘輝顯示
，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C3兩個波形測量一些垂直或水平參數，可以發現占滿屏幕的信號C2的測量參數統計值的標準偏差小於後者的。說明了前者測量結果的一致性和準確性。
通tong常chang測ce量liang電dian源yuan噪zao聲sheng
，使shi用yong有you源yuan或huo者zhe無wu源yuan探tan頭tou，探tan測ce某mou芯xin片pian的de電dian源yuan引yin腳jiao和he地di引yin腳jiao
，然ran後hou示shi波bo器qi設she置zhi為wei長chang餘yu輝hui模mo式shi，最zui後hou用yong兩liang個ge水shui平ping遊you標biao來lai測ce量liang電dian源yuan噪zao聲sheng的de峰feng峰feng值zhi。這zhe種zhong方fang法fa有you一yi個ge問wen題ti是shi，常chang規gui的de無wu源yuan探tan頭tou或huo有you源yuan探tan頭tou
，其qi衰shuai減jian因yin子zi為wei10，和示波器連接後，垂直刻度的最小檔位為20mV，在不使用DSP濾波算法時，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
，探頭的噪聲已經接近待測試信號的1/3，所以，用10倍衰減的探頭是無法準確測試1.8V/1.5V等小電壓。在實際測試1.8V噪聲時，垂直刻度通常為5-10mV/div之間。

另外


，探頭的GND和信號兩個探測點的距離也非常重要
，當兩點相距較遠
，會有很多EMI噪聲輻射到探頭的信號回路中（如圖二所示），示波器觀察的波形包括了其他信號分量，導致錯誤的測試結果。所以要盡量減小探頭的信號與地的探測點間距
，減小環路麵積。 對於小電源的電壓測試，我們推薦衰減因子為1的無源傳輸線探頭。使用這類探頭時，示波器的最小刻度可達2mV/div，不過其動態範圍有限，偏移的可調範圍限製在+/-750mV之間，所以
，在測量常見的1.5V、1.8V電源時，需要隔直電路（DC-Block）後再輸入到示波器。 如圖三為力科PP066探tan頭tou，該gai探tan頭tou的de地di與yu信xin號hao的de間jian距ju可ke調tiao節jie，探tan頭tou的de地di針zhen可ke彈dan性xing收shou縮suo，操cao作zuo起qi來lai非fei常chang方fang便bian。通tong過guo同tong軸zhou電dian纜lan加jia隔ge直zhi模mo塊kuai後hou連lian接jie到dao示shi波bo器qi通tong道dao上shang。也ye可ke以yi把ba同tong軸zhou電dian纜lan剝bo開kai
，直zhi接jie把ba電dian纜lan的de信xin號hao和he地di焊han接jie到dao待dai測ce試shi電dian源yuan的de電dian源yuan和he地di上shang。在zai圖tu四si中zhong把baSMA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上麵，測量其電源噪聲。 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現了同樣的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後(Pj breakdown菜單)
，發現312KHz的周期性抖動為63.7皮(pi)秒(miao)
，在(zai)眼(yan)圖(tu)中(zhong)也(ye)明(ming)顯(xian)可(ke)以(yi)觀(guan)察(cha)到(dao)抖(dou)動(dong)。通(tong)過(guo)這(zhe)個(ge)案(an)例(li)說(shuo)明(ming)

，電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)很(hen)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)一(yi)些(xie)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)的(de)眼(yan)圖(tu)和(he)抖(dou)動(dong)變(bian)差(cha)。對(dui)電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)進(jin)行(xing)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)
，能(neng)有(you)效(xiao)定(ding)位(wei)噪(zao)聲(sheng)的(de)來(lai)源(yuan)

，指(zhi)引(yin)調(tiao)試(shi)的(de)方(fang)向(xiang)。
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。對於目前最普及的板級電源完整性分析，250M的帶寬已足夠。低於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麵來濾波。而高於這個頻率的隻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，則轉化為頻譜後的頻譜分辨率（即delta f）越小。通常我們的開關電源工作在10KHz以上，如果頻譜分辨率要達到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。