示波器是測量電源紋波和電源噪聲的必備工具,但在實(shí)際的測量中,如何選擇合適的帶寬、采樣率,如何選擇探頭、示波器的耦合方式,甚至接地,都會對測量結(jié)果帶來不一樣的影響,以下總結(jié)了一些來自具體實(shí)際案例中的關(guān)鍵注意事項(xiàng)。(本文整理自21ic主辦的電源技術(shù)研討會)
目前,關(guān)于電源紋波和電源噪聲其實(shí)并沒有一個(gè)協(xié)會給定的標(biāo)準(zhǔn)定義。但是,業(yè)內(nèi)漸漸形成了一個(gè)約定俗成的說法,將電源紋波理解為電源模塊包括VRM的輸出電壓的波動(dòng),和復(fù)雜的供電網(wǎng)絡(luò)無關(guān),或者說是電源輸出的源端(Source端)的電壓的波動(dòng),電源噪聲則是指電源模塊工作在實(shí)際產(chǎn)品系統(tǒng)中,經(jīng)過供電分布網(wǎng)絡(luò)將電源能量輸送到芯片管腳處,在芯片管腳處的電壓的波動(dòng),或者簡單說是電源輸出的末端(Sink端)的電壓的波動(dòng)。
帶寬是示波器的最重要的一個(gè)指標(biāo),理論上來說,只要帶寬覆蓋被測信號能量的99.9%,測量的誤差可以小于3%,即是合適的帶寬。因此,業(yè)界也存在著多個(gè)帶寬選擇法則,例如:5倍法則、三倍正弦波頻率、 1.8倍法則 、1/3法則。針對不同的測量信號和測量要求適用不同的法則。
基于電網(wǎng)220V的AC輸入的電源紋波包含了開關(guān)頻率和工頻成份; 工頻成份是整流之后的100Hz信號 。捕獲兩個(gè)完整100Hz周期需要20ms,所以,建議時(shí)基設(shè)置為2ms/div以上。
在存儲深度一定的情況下,存儲速度越快,存儲時(shí)間就越短,他們之間是一個(gè)反比關(guān)系。
本底噪聲表示示波器沒有任何信號輸入時(shí)的基線幅值。用戶只是用肉眼看基線的粗細(xì),或是測量基線的Pk-Pk,SDEV或RMS值。
作為標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備,如果示波器自身的底噪比較大,那么就很難衡量出被測信號的真實(shí)情況。
示波器的輸入阻抗和探頭的阻抗構(gòu)成了一條衰減器電路。示波器會自動(dòng)檢測探頭的衰減比并重新調(diào)整示波器的垂直量程設(shè)置,以反應(yīng)出探頭的衰減。采用10:1探頭就意味著示波器當(dāng)前的垂直量程設(shè)置是示波器內(nèi)部放大器輸入的10倍 。信號被衰減,但噪聲不會被衰減。軟件將衰減的信號放大10倍,噪聲也放大10倍。
當(dāng)探頭連接到電路后,它將從電路中獲得能量,然后發(fā)送到示波器。探頭是一種“電路網(wǎng)絡(luò)”,是信號源必須驅(qū)動(dòng)的一個(gè)額外的“負(fù)載”。
右圖紅線左邊表示待測電路,當(dāng)接上紅線右邊的探頭之后,探頭從信號源中吸收電流。 這個(gè)探頭的電路網(wǎng)絡(luò)包括了電阻,電感和電容。
如果探頭阻抗遠(yuǎn)大于被測電路阻抗(對于高速電路,一般是50ohm),被探頭吸收的電路就非常非常小,如果探頭的阻抗等于電路阻抗,從被測電路吸收的電流和被測電路上流過的電流一樣。
如果探頭從被測電路吸收過多的電流,被測電路就會出現(xiàn)工作異常甚至停止正常。通常情況是被測電路仍然是看起來比較正常地工作,但是由于電流被吸收,測量出來信號電壓出現(xiàn)跌落,將影響到用戶對被測電路的真實(shí)情況的判斷,如果沒有很好地認(rèn)識到探頭的負(fù)載效應(yīng)的話。
設(shè)置AC耦合的唯一原因是在DC耦合情況下,在量程只有2mv/div甚至更小時(shí),有些示波器的偏置電壓范圍不夠。
●多大的隔直電容是合適的?
●對于差分探頭,盡量將探頭的正、負(fù)線纜耦合到一起,使得探頭正、負(fù)線纜受到平衡的空間輻射,以利于共模 噪聲的消除 。