使用示波器頻域方法分析電源噪聲
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1、根據耐奎斯特抽樣定律，變換之后的頻譜展寬（Span）對應與原始信號的采樣率的1/2，如果原始信號的采樣率為1GS/s，則FFT之后的頻譜展寬最多是500MHz；
2、變換之后的頻率分辨率（RBW Resolution Bandwidth）對應于采樣時(shí)間的倒數，如果采樣時(shí)間為10mS，則對應的頻率分辨率為100Hz；
3、頻譜泄漏，即信號頻譜中各譜線(xiàn)之間相互干擾，能量較低的譜線(xiàn)容易被臨近的高能量譜線(xiàn)的泄漏所淹沒(méi)。避免頻譜泄漏可以盡量采集速率與信號頻率同步，延長(cháng)采集信號時(shí)間及使用適當的窗函數。
電源噪聲測量時(shí)不要求較高的采樣率，所以可以設置很長(cháng)的時(shí)基，這也意味著(zhù)采集的信號時(shí)間可以足夠長(cháng)，可以認為覆蓋到了整個(gè)有效信號的時(shí)間跨度，此時(shí)不需要添加窗函數。調整以上設置可以得到比較準確的FFT變換曲線(xiàn)了，再通過(guò)zoom功能查看感興趣的頻點(diǎn)。如下圖中電源噪聲的主要能量集中在11.3KHz左右，并以該頻率為基波頻率諧振。據此可以推斷本PDN網(wǎng)絡(luò )在11.3KHz處的阻抗不能滿(mǎn)足要求，電容在該頻點(diǎn)的阻抗也比較高，起不到降低阻抗的作用，所以前面增加電容并不能減小電源噪聲。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201701/337785.htm
一般來(lái)說(shuō)，11.3KHz應該是VRM的管轄范圍，此處出現較大噪聲說(shuō)明VRM電路設計不能滿(mǎn)足要求。這里對VRM的性能進(jìn)行分析，VRM分析的方法眾多，此處主要采用仿真其反饋環(huán)路波特圖的手段。波特圖主要觀(guān)察幾個(gè)關(guān)鍵信息：1、穿越頻率，增益曲線(xiàn)穿越0dB線(xiàn)的頻率點(diǎn)；2、相位裕度，相位曲線(xiàn)在穿越頻率處所對應的相位值；3、增益裕度，相位在-360°時(shí)所對應的增益值。這里我們主要關(guān)注穿越頻率和相位裕度這兩個(gè)指標。從VRM的環(huán)路波特圖（如下圖a）可以看到，VRM的穿越頻率在8KHz左右，相位裕度37度。這里存在兩個(gè)問(wèn)題：首先VRM的相位裕度一般需要大于45度才能保證環(huán)路的穩定工作，這里相位裕度稍小一些，需要增加相位裕度；其次穿越頻率太低，穿越頻率附近VRM的調整作用逐漸降低，而此頻點(diǎn)bulk電容還起不到作用，所以在8KHz附近會(huì )存在較高的阻抗，這個(gè)頻點(diǎn)的噪聲抑制作用較差。下圖（b）是優(yōu)化VRM環(huán)路之后的波特圖，調整相位裕度到50度，穿越頻率推到46KHz左右。
（a）原始波形圖
（b）優(yōu)化后波形圖
對優(yōu)化后的VRM驗證紋波，可以看到紋波明顯降低到33mv，能夠滿(mǎn)足器件要求。
上述案例是使用示波器FFT功能快速定位電源問(wèn)題的過(guò)程，從這個(gè)例子可以看到示波器的頻域分析功能在電路調試時(shí)可以發(fā)揮很大作用。示波器的FFT功能配合長(cháng)存儲深度可以很方便地分析低頻率長(cháng)周期信號，這個(gè)優(yōu)勢在數字電路調試中比較突出。
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