示波器基础系列之五 —— 电源噪声测试

2015-10-27 09:04:02   来源:eefocus   

关键字: 示波器  基础系列  电源噪声测试

当今的电子产品,信号速度越来越快,集成电路芯片的供电电压也越来越小,90年代芯片的供电通常是5V和3.3V,而现在,高速IC的供电通常为2.5V, 1.8V或1.5V等等。对于这类电压较低直流电源的电压测试(简称电源噪声测试),本文将简要讨论和分析。

 

在电源噪声测试中,通常有三个问题导致测量不准确

l    示波器的量化误差

l    使用衰减因子大的探头测量小电压

l    探头的GND和信号两个探测点的距离过大

 

示波器存在量化误差,实时示波器的ADC为8位,把模拟信号转化为2的8次方(即256个)量化的级别,当显示的波形只占屏幕很小一部分时,则增大了量化的间隔,减小了精度,准确的测量需要调节示波器的垂直刻度(必要时使用可变增益),尽量让波形占满屏幕,充分利用ADC的垂直动态范围。在图一中蓝色波形信号(C3)的垂直刻度是红色波形(C2)四分之一,对两个波形的上升沿进行放大(F1=ZOOM(C2), F2=ZOOM(C3)),然后对放大的波形作长余辉显示,可以看到,右上部分的波形F1有较多的阶梯(即量化级别),而右下部分波形F2的阶梯较少(即量化级别更少)。如果对C2和C3两个波形测量一些垂直或水平参数,可以发现占满屏幕的信号C2的测量参数统计值的标准偏差小于后者的。说明了前者测量结果的一致性和准确性。   

                                    图一     示波器ADC的量化误差 

通常测量电源噪声,使用有源或者无源探头,探测某芯片的电源引脚和地引脚,然后示波器设置为长余辉模式,最后用两个水平游标来测量电源噪声的峰峰值。这种方法有一个问题是,常规的无源探头或有源探头,其衰减因子为10,和示波器连接后,垂直刻度的最小档位为20mV,在不使用DSP滤波算法时,探头的本底噪声峰峰值约为30mV。以DDR2的1.8V供电电压为例,如果按5%来算,其允许的电源噪声为90mV,探头的噪声已经接近待测试信号的1/3,所以,用10倍衰减的探头是无法准确测试1.8V/1.5V等小电压。在实际测试1.8V噪声时,垂直刻度通常为5-10mV/div之间。

另外,探头的GND和信号两个探测点的距离也非常重要,当两点相距较远,会有很多EMI噪声辐射到探头的信号回路中(如图二所示),示波器观察的波形包括了其他信号分量,导致错误的测试结果。所以要尽量减小探头的信号与地的探测点间距,减小环路面积。      

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对于小电源的电压测试,我们推荐衰减因子为1的无源传输线探头。使用这类探头时,示波器的最小刻度可达2mV/div,不过其动态范围有限,偏移的可调范围限制在+/-750mV之间,所以,在测量常见的1.5V、1.8V电源时,需要隔直电路(DC-Block)后再输入到示波器。
 

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如图三为力科PP066探头,该探头的地与信号的间距可调节,探头的地针可弹性收缩,操作起来非常方便。通过同轴电缆加隔直模块后连接到示波器通道上。也可以把同轴电缆剥开,直接把电缆的信号和地焊接到待测试电源的电源和地上。在图四中把SMA接头的同轴电缆的一段剥开,焊接到了电脑主板的DDR2供电的1.8V上面,测量其电源噪声。

 

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          图四   测量某电脑主板DDR2的1.8V的电源噪声

 
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/1027/article_13698.html
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