胡為東系列文章之六--小電壓電源噪聲的測(cè)量
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二、電源噪聲的頻譜成分分析
在準(zhǔn)確測(cè)量到電源噪聲的波形后，可以計(jì)算出噪聲的峰峰值，如果電源噪聲過(guò)大，則需要分析噪聲來(lái)自哪些頻率，這時(shí)，需要對(duì)電源噪聲的波形進(jìn)行FFT，轉(zhuǎn)化為頻譜進(jìn)行分析。FFT中信號(hào)時(shí)間的長(zhǎng)度決定了FFT后的頻譜分辨率，在力科示波器中，支持業(yè)界最大的128M個(gè)點(diǎn)的FFT，能準(zhǔn)確定位電源噪聲來(lái)自于哪些頻率（其頻譜分辨率是同類儀器的40倍以上）。
圖6測(cè)量某3.3V的電源噪聲
圖7某1.25Gbps信號(hào)的抖動(dòng)和眼圖測(cè)試結(jié)果
如圖6所示為某光模塊的3.3V電源的噪聲。其噪聲的頻譜最高點(diǎn)的頻率為311.6KHz。這個(gè)光模塊輸出的1.25Gbps光信號(hào)的抖動(dòng)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)了同樣的312KHz的周期性抖動(dòng)。在圖7中可以看到，把1.25G串行信號(hào)的周期性抖動(dòng)分解后(Pj breakdown菜單)，發(fā)現(xiàn)312KHz的周期性抖動(dòng)為63.7皮秒，在眼圖中也明顯可以觀察到抖動(dòng)。通過(guò)這個(gè)案例說(shuō)明，電源噪聲很可能導(dǎo)致一些高速信號(hào)的眼圖和抖動(dòng)變差。對(duì)電源噪聲進(jìn)行頻譜分析，能有效定位噪聲的來(lái)源，指引調(diào)試的方向。
在使用示波器測(cè)量電源噪聲時(shí)，為了保證測(cè)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(cè)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(lái)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(lái)完成了。
波形的采集時(shí)間越長(zhǎng)，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(zhǎng)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。
三、12位ADC示波器對(duì)電源噪聲測(cè)量的應(yīng)用價(jià)值
力科在推出其新款高帶寬示波器（45GHZ的帶寬、120GS/S的采樣率、768MS的存儲(chǔ)深度）的同時(shí)，也在提升其低中端示波器的性能。不僅對(duì)老款型號(hào)的WaveSurfer Xs系列、WaveRunner Xi系列示波器進(jìn)行了更新（WaveSurfer Xs-B，WaveRunner 6Zi），新款產(chǎn)品不僅指標(biāo)有了進(jìn)一步的提升，而且速度性能、分析能力、觸發(fā)方法都有了相當(dāng)程度的提升。除此以外，為了應(yīng)付電子行業(yè)越來(lái)越多的小信號(hào)的測(cè)量，力科還劃時(shí)代的推出了其12為ADC的實(shí)時(shí)數(shù)字示波器WaveRunner HRO 6Zi。具體型號(hào)和指標(biāo)如下：
l
有400MHZ帶寬和600MHZ帶寬兩種型號(hào)
l每個(gè)通道2GS/S的采樣率
l最大存儲(chǔ)深度256MS
l12位ADC位數(shù)（ERES軟件增強(qiáng)為15位）
l具有和高端示波器相當(dāng)?shù)乃俣刃阅堋⒑瘮?shù)測(cè)量及分析功能、高級(jí)FFT運(yùn)算功能、高級(jí)觸發(fā)功能等
使用12位示波器測(cè)量電源噪聲等小幅度信號(hào)時(shí)可得到更好的量化誤差，信噪比更好，能夠更好的分辨出電源噪聲。如下圖9所示為8位的示波器和12位的示波器對(duì)噪聲測(cè)試結(jié)果的的對(duì)比。
圖8Lecroy WaveRunnerHRO 6Zi
圖9 8位示波器和12位示波器對(duì)噪聲測(cè)試的對(duì)比
五、小結(jié)
本文簡(jiǎn)要介紹了電源噪聲測(cè)試中的注意事項(xiàng)和分析方法以及力科示波器最新推出的12位ADC示波器WaveRunner HRO 6Zi。使用更高位數(shù)的數(shù)字示波器，將減小主要影響電源噪聲測(cè)試精度的量化誤差，再注意選擇合適的探頭衰減倍數(shù)、以及地環(huán)路等因素，將有利于更加準(zhǔn)確的測(cè)量小電壓的電源噪聲。
評(píng)論