- 用示波器進(jìn)行電源噪聲測試
- 測量時(shí)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
在電源噪聲測試中,通常有三個(gè)問題導(dǎo)致測量不準(zhǔn)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(hào)兩個(gè)探測點(diǎn)的距離過大;
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,如果顯示的波形只占屏幕很小一部分,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?cè)鲆妫?,盡量讓波形占滿屏幕,充分利用ADC的垂直動(dòng)態(tài)范圍。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(C2), F2=ZOOM(C3)),然后對(duì)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(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)波形測量一些垂直或水平參數(shù),可以發(fā)現(xiàn)占滿屏幕的信號(hào)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(hào)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(hào)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(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)誤的測試結(jié)果。所以要盡量減小探頭的信號(hào)與地的探測點(diǎn)間距,減小環(huán)路面積。
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(duì)于目前最普及的板級(jí)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(jí)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(chǔ)深度。