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五种利用示波器精确测量电源完整性的技巧


  来源: 面包板社区 时间:2020-12-22 编辑:清风
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随着电源轨电压(rail voltage)和容差越来越小,对电源完整性进行精确测量也变得越来越困难。过去,任何示波器都能够测量5V电源轨上10%容差的涟波(ripple),因为500mV要求远高于示波器的噪声位准(noise level);但现在,无论使用何种示波器都难以测量1V电源轨上2%容差的涟波电压。下面介绍了五种利用示波器精确测量电源完整性的技巧。


图1:电源轨直流电压及其容差


技巧1:调整显示特性


波形强度(waveform intensity)


测量电源轨直流电压容差需要测出最坏情况下的电压峰-峰值(Vpp),这可透过自动化测量完美实现;有时目测判定也很有用,所有示波器均有显示设置,使用者可透过该设定改变波形强度。该强度值通常被设为约50%,将强度设为更高的值可让使用者更轻松地查看出现频率较低的波形对应的示波器像素。但增加波形强度的不利之处在于,这样更难以判断任何特定像素上显示波形的出现频率;虽然这对于观察调变信号很重要,但这种分辨率对于电源完整性测量通常并不重要。


无限持续时间(Infinite persistence)


打开无限持续时间模式可让连续采集的波形累迭显示;无限持续时间对于建档也非常有用,示波器可显示较长时间内的直流电压容差范围。


色彩分级(Color grading)


打开色彩分级模式可生成电源轨波形的3D图;色彩分级结合无限持续时间显示有助于更深入地认识电源轨信号。


技巧2:降低噪声


选择低噪声示波器


如果信号强度小于示波器和探棒/缆线系统的噪声,你永远也测量不出该信号。信号在进入示波器后、进入模拟数字转换器(ADC)前,会迭加前端噪声;然后每个储存的样本除了包含原始的信号值,也会存在一些偏移量(offset),偏移量大小取决于获取样本时存在的噪声大小。使用者将在示波器的显示屏上看到较粗波形,不要将它与快速更新速率相混淆。大于真实信号的峰-峰值会显示并被测量到。


最好的方法是使用噪声更低的示波器。如何确定示波器的噪声水平?大多数示波器制造商都会提供产品规格表,列出该特定示波器的典型均方根(RMS)噪声值;这些噪声值是根据大量示波器样本所特征化。噪声是一种特征(characteristic)而非规格,制造商只会提供RMS噪声的典型值,但噪声的峰-峰值其实才是影响精确测量涟波的重要因素。


图2:噪声是导致电源轨直流涟波测量不准确的主要原因


一个简单的方法是自己测量。快速特征化仅需几分钟,且无需使用外部设备。断开示波器的所有输入,打开Vpp测量,设置噪声测量的垂直刻度和采样率,让示波器运行,直到获得稳定且一致的Vpp噪声值。噪声水平取决于垂直灵敏度设置、带宽设置和阻抗选择(50Ω或1MΩ),并且在同一示波器上的不同信道上会存在微小的差别。


不同制造商的示波器的噪声水平差异可能会高达100%,如果需要精确地测量涟波,请确保选择噪声水平更低的示波器。


选择噪声最低的信号路径阻抗


用于测量电源完整性的示波器通常具有两种信号路径阻抗:50Ω和1MΩ;使用者可以使用支持其中任意一种阻抗的探棒,或者使用缆线来完成电源轨测量。


对于具有上述两种阻抗的示波器来说,50Ω阻抗通常噪声更小,且支持示波器全带宽。1MΩ路径上的噪声可能是50Ω路径上的噪声的两到三倍,并且1MΩ路径上的带宽通常限制为500MHz,因此50Ω路径是测量电源完整性的最佳选择。


电源轨的输出阻抗通常为mΩ等级。对于没有任何探棒的缆线测量设备来说,50Ω路径具有50Ω的直流输入阻抗,会产生一些负载效应,从而会减小电源轨直流幅度值。使用专用电源完整性探棒,例如具有50kΩ输入阻抗的R&S RT-ZPR20,可以最大限度地减低该问题的影响。


关键词:示波器 测量 电源    浏览量:4795

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