直流電源紋波和噪聲測試的5大技巧

簡要描述：

電源是集成電路設(shè)計中的一個需要嚴(yán)格控制的單元，越來越經(jīng)濟(jì)實惠的微型控制器的市場增長也同步增加了對配電網(wǎng)絡(luò)的需求，而且電源電壓也在下降，電源電壓降低有助于降低功耗，當(dāng)今許多設(shè)計都是3.3 V、1.8 V甚至1.1 V電源。隨著這些電源電壓等級變得越來越低，電壓的公差要求也越來越嚴(yán)，偏差度已從10%下降到1%至5%。

因此必須仔細(xì)檢查直流電源軌和電源線路的質(zhì)量和完整性，紋波、噪聲和瞬態(tài)取決于這些電源軌。在降低這些噪聲之前，需要先測量它們，目標(biāo)是確保電源軌純凈。從根本上說，需要測量比直流信號更小、更快的交流信號。

挑戰(zhàn)：在大直流信號上測量微小交流信號

比如在下面電路中，有一個直流信號和該直流信號頂部的容差帶。因此，只要電壓保持在容差范圍內(nèi)，配電網(wǎng)絡(luò)就是允許的，如果超出了容限范圍，就會失敗，在這種情況下，將不得不去改善以降低噪聲。在任何條件下，都必須能夠看到和測量位于DC信號之上的AC信號，本應(yīng)用簡介五個技巧，可以幫助獲得AC信號的最佳測量結(jié)果。

直流電源紋波和噪聲測試的5大技巧

技巧1：選擇前端噪聲低的示波器

所有示波器系統(tǒng)都會帶來一些噪聲，就像任何電子設(shè)計中的固有噪聲一樣。問題是，這臺儀器有多大的噪聲？示波器中的所有噪聲都會疊加在正在測量的信號之上，這將對看到的測量結(jié)果值產(chǎn)生明顯差異。

示波器設(shè)計各不相同，一些示波器使用經(jīng)濟(jì)的組件來降低成本，但示波器越經(jīng)濟(jì)，前端噪聲就越大。但一些示波器，例如Keysight InfiniVision HD 3系列，具有極低的噪聲前端系統(tǒng)，可以用于更靈敏的測量，例如電源完整性。是德科技設(shè)計的定制組件確保該示波器不會影響敏感測量，例如電源軌上的紋波，示波器系統(tǒng)的噪聲水平盡可能低，這樣就不會掩蓋測試結(jié)果。

Keysight InfiniVision HD 3系列示波器的低底噪特性，FFT變換后測試到（53 μV）的極低電壓信號。

技巧2：使用1：1探頭

示波器探頭有多種衰減比，該比率決定了信號在測試前之前被劃分的等級。例如10：1探頭能夠測量超出示波器最大輸入范圍的信號。

衰減的缺點(diǎn)是，相對于正在測量的信號大小，示波器噪聲的大小也會增加。在下圖中，10：1探頭和1：1探頭測量同一電源上的輸出紋波并用的相同設(shè)置。10：1探頭提高了測量值至少50%，因為更高的衰減比會降低信噪比。當(dāng)噪聲可能存在問題時，1：1探頭可以更準(zhǔn)確地測量信號。

技巧3：使用示波器的50歐輸入阻抗

示波器測量路徑包括正在使用的示波器、示波器輸入端口（50Ω或1 MΩ）以及接入信號的探頭。對于許多示波器來說，50Ω輸入比1 MΩ輸入噪聲要更低。

下圖顯示了50Ω輸入和1 MΩ輸入的基線噪聲。50歐（黃色）顯然較小，在這種情況下，是更好的選擇。

在不連接任何探頭的情況下檢查示波器端口的噪聲。接下來，連接探頭，將輸入短接至地（或在差分探頭上將輸入短接至地），并在連接探頭的情況下測量基線噪聲。

HD 3示波器的50Ω輸入與1 MΩ輸入的基線噪聲比較

技巧4：使用探頭偏置來增加測試動態(tài)范圍

與直流信號相比，直流電源上的紋波和噪聲很可能非常小，是較小的交流信號疊加在相對較大的直流信號之上。偏置是一些示波器和有源探頭中的一項功能，能夠從測量的信號中移除直流分量。下圖顯示了使用和不使用探頭偏置的1.8 V電源上的噪聲測量結(jié)果。盡管大多數(shù)有源探頭都提供偏置功能，但同時也具有很大的衰減比，從而增加了示波器測量系統(tǒng)的噪聲。雖然隔直器也可以過濾直流分量，但它也同時濾掉了信號中的低頻成分。

技巧5：最大限度地降低示波器和探頭的負(fù)載影響圍

任何時候，當(dāng)一個示波器探測一個系統(tǒng)時，它都會因為測試點(diǎn)接觸而成為該系統(tǒng)的一部分，這個接觸由于創(chuàng)建了額外的接地路徑從而改變了正在測量的系統(tǒng)。測量小信號時，目標(biāo)之一是盡可能地最大限度地減少測量系統(tǒng)的負(fù)載。

在測量直流電源時，當(dāng)用戶將50Ω同軸電纜連接到電源和示波器的50Ω輸入端時，經(jīng)常會出現(xiàn)過載的情況。下圖是對電源軌測量的比較，首先，使用數(shù)字萬用表測量了電源軌，得到了3.31 V的結(jié)果，接下來，用50 kΩ的輸入阻抗探測電源，仍然得到3.31 V，最后，通過示波器的50Ω輸入直接連接到被測電源，測試電壓從3.31 V降到3.25 V。有些電源有足夠的剩余容量來驅(qū)動這個額外的負(fù)載，但有些則沒有，這種額外的負(fù)載可能會影響集成電路的電源管理行為。

我們的優(yōu)勢：是德、泰克、日置、固緯、艾德克斯、安柏、同惠、普源、鼎陽等