l利用示波器進(jìn)行電源噪聲測試

當今的電子產(chǎn)品，信號速度越來(lái)越快，集成電路芯片的供電電壓也越來(lái)越小，90年代芯片的供電通常是5V和3.3V，而現在，高速I(mǎi)C的供電通常為2.5V, 1.8V或1.5V等等。對于這類(lèi)電壓較低直流電源的電壓測試（簡(jiǎn)稱(chēng)電源噪聲測試），本文將簡(jiǎn)要討論和分析。

在電源噪聲測試中，通常有三個(gè)問(wèn)題導致測量不準確

• 示波器的量化誤差
• 使用衰減因子大的探頭測量小電壓
• 探頭的GND和信號兩個(gè)探測點(diǎn)的距離過(guò)大

示波器存在量化誤差，實(shí)時(shí)示波器的ADC為8位，把模擬信號轉化為2的8次方（即256個(gè)）量化的級別，當顯示的波形只占屏幕很小一部分時(shí)，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(shí)使用可變增益），盡量讓波形占滿(mǎn)屏幕，充分利用ADC的垂直動(dòng)態(tài)范圍。在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(gè)波形的上升沿進(jìn)行放大（F1=ZOOM(C2), F2=ZOOM(C3)），然后對放大的波形作長(cháng)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(gè)波形測量一些垂直或水平參數，可以發(fā)現占滿(mǎn)屏幕的信號C2的測量參數統計值的標準偏差小于后者的。說(shuō)明了前者測量結果的一致性和準確性。

圖一 示波器ADC的量化誤差

通常測量電源噪聲，使用有源或者無(wú)源探頭，探測某芯片的電源引腳和地引腳，然后示波器設置為長(cháng)余輝模式，最后用兩個(gè)水平游標來(lái)測量電源噪聲的峰峰值。這種方法有一個(gè)問(wèn)題是，常規的無(wú)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(lái)算，其允許的電源噪聲為90mV，探頭的噪聲已經(jīng)接近待測試信號的1/3，所以，用10倍衰減的探頭是無(wú)法準確測試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和信號兩個(gè)探測點(diǎn)的距離也非常重要，當兩點(diǎn)相距較遠，會(huì )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(guān)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(diǎn)間距，減小環(huán)路面積。



對于小電源的電壓測試，我們推薦衰減因子為1的無(wú)源傳輸線(xiàn)探頭。使用這類(lèi)探頭時(shí)，示波器的最小刻度可達2mV/div，不過(guò)其動(dòng)態(tài)范圍有限，偏移的可調范圍限制在+/-750mV之間，所以，在測量常見(jiàn)的1.5V、1.8V電源時(shí)，需要隔直電路（DC-Block）后再輸入到示波器。



如圖三為力科PP066探頭，該探頭的地與信號的間距可調節，探頭的地針可彈性收縮，操作起來(lái)非常方便。通過(guò)同軸電纜加隔直模塊后連接到示波器通道上。也可以把同軸電纜剝開(kāi)，直接把電纜的信號和地焊接到待測試電源的電源和地上。在圖四中把SMA接頭的同軸電纜的一段剝開(kāi)，焊接到了電腦主板的DDR2供電的1.8V上面，測量其電源噪聲。