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閱讀：15發(fā)布時(shí)間：2025-3-27
在各種測(cè)試測(cè)量工作中我們會(huì)遇到這樣的問(wèn)題，電源軌電壓(railvoltage)和容差越來(lái)越小，對(duì)電源數(shù)據(jù)完整性進(jìn)行精確測(cè)量也變得越來(lái)越困難。以往，任何示波器都能夠測(cè)量5V電源軌上10%容差的漣波(ripple)，因?yàn)?00mV要求遠(yuǎn)高于示波器的噪聲位準(zhǔn)(noiselevel)；但現(xiàn)在，無(wú)論使用何種示波器都難以測(cè)量1V電源軌上2%容差的漣波電壓。這樣的情況下我們?cè)撛趺礈y(cè)量呢，接下來(lái)小編來(lái)告訴大家一些小技巧讓你利用示波器精確測(cè)量電源數(shù)據(jù)完整性。
測(cè)量電源軌直流電壓容差需要測(cè)出最壞情況下的電壓峰-峰值(Vpp)，這可透過(guò)自動(dòng)化測(cè)量實(shí)現(xiàn)；有時(shí)目測(cè)判定也很有用，所有示波器均有顯示設(shè)置，使用者可透過(guò)該設(shè)定改變波形強(qiáng)度。該強(qiáng)度值通常被設(shè)為約50%，將強(qiáng)度設(shè)為更高的值可讓使用者更輕松地查看出現(xiàn)頻率較低的波形對(duì)應(yīng)的示波器像素。但增加波形強(qiáng)度的不利之處在于，這樣更難以判斷任何特定像素上顯示波形的出現(xiàn)頻率；雖然這對(duì)于觀(guān)察調(diào)變信號(hào)很重要，但這樣的分辨率對(duì)于電源數(shù)據(jù)完整性測(cè)量通常并不重要。
色彩分級(jí)(Colorgrading):打開(kāi)色彩分級(jí)模式可生成電源軌波形的3D圖；色彩分級(jí)結(jié)合無(wú)限持續(xù)時(shí)間顯示有助于更深入地認(rèn)識(shí)電源軌信號(hào)。
如果信號(hào)強(qiáng)度低于示波器和探棒/纜線(xiàn)系統(tǒng)的噪聲，你永遠(yuǎn)也測(cè)量不出該信號(hào)。信號(hào)在進(jìn)入示波器后、進(jìn)入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)前，會(huì)迭加前端噪聲；然后每個(gè)儲(chǔ)存的樣本除了包含原始的信號(hào)值，也會(huì)存在一些偏移量(offset)，偏移量大小取決于獲取樣本時(shí)存在的噪聲大小。使用者將在示波器的顯示屏上看到較粗波形，不要將它與快速更新速率相混淆。高于真實(shí)信號(hào)的峰-峰值會(huì)顯示并被測(cè)量到。
最合適的方法是采用噪聲更低的示波器，如何確定示波器的噪聲水平？絕大部分示波器制造商都會(huì)提供產(chǎn)品規(guī)格表，列出該特定示波器的典型均方根(RMS)噪聲值；這些噪聲值是根據(jù)大量示波器樣本所特征化。噪聲是一種特征(characteristic)而非規(guī)格，制造商只會(huì)提供RMS噪聲的典型值，但噪聲的峰-峰值其實(shí)才是影響精確測(cè)量漣波的重要因素。
選擇噪聲的信號(hào)路徑阻抗：用于測(cè)量電源完整性的示波器通常具有兩種信號(hào)路徑阻抗：50Ω和1MΩ一般來(lái)說(shuō)50Ω阻抗通常噪聲更小，且支持示波器全帶寬。1MΩ路徑上的噪聲可能是50Ω路徑上的噪聲的兩到三倍，并且1MΩ路徑上的帶寬通常限制為500MHz，因此50Ω路徑是測(cè)量電源完整性的。電源軌的輸出阻抗通常為mΩ等級(jí)。
對(duì)于沒(méi)有任何探棒的纜線(xiàn)測(cè)量設(shè)備來(lái)說(shuō)，50Ω路徑具有50Ω的直流輸入阻抗，會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)載效應(yīng)，從而會(huì)減小電源軌直流幅度值。采用專(zhuān)用電源完整性探棒可以限度地減低該問(wèn)題的影響。
采用的垂直刻度：示波器噪聲位準(zhǔn)與示波器全屏幕垂直刻度值有關(guān)。因此，采用更靈敏的垂直分辨率將會(huì)減少測(cè)量的總噪聲量。除此之外，當(dāng)放大信號(hào)使其覆蓋大部分垂直范圍時(shí)，示波器將更充分利用ADC分辨率，這時(shí)Vpp的測(cè)量值將更準(zhǔn)確。
限制帶寬噪聲具有寬帶特性，在示波器未連接輸入的情況下打開(kāi)FFT功能，便可看到示波器的整個(gè)帶寬上存在的噪聲。打開(kāi)帶寬限制濾波器可以降低寬帶噪聲，有助于更精確地測(cè)量電源軌，但缺點(diǎn)在于如果帶寬限制設(shè)定值太低，較高頻率的異常就不會(huì)顯示。
應(yīng)該采用多大帶寬？答案是這取決于具體的信號(hào)。雖然切換速度可能在kHz范圍內(nèi)，但快速邊緣會(huì)產(chǎn)生MHz范圍的諧波。對(duì)于頻率更高的耦合信號(hào)，包括頻率諧波，則需要更大的帶寬來(lái)擷取這些信號(hào)。
采用具有1:1衰減比的探棒可以顯著提高測(cè)量電源完整性的精確度；具有較高衰減比的探棒會(huì)放大噪聲，較高的衰減比則會(huì)限制可以采用的垂直靈敏度。比如在輸入低至1mV/div的示波器上采用衰減比為1:1的探棒就可以將靈敏度縮小至1mV/div，而采用衰減比為10:1的探棒只能設(shè)置至10mV/div。
如何探測(cè)電源軌信號(hào)與其他技巧一樣重要。有些使用者將電源軌鏈接至信號(hào)質(zhì)量高、便于連接的SMA連接器；有一些使用者是選擇焊接連結(jié)，也有使用者選擇在旁路電容采用夾具作為簡(jiǎn)易的接點(diǎn)；還有人是采用手持式探棒。每種技巧在易用性、所需的前期規(guī)劃和信號(hào)質(zhì)量方面都各有利弊。
如果在選定的路徑和探棒上采用阻隔電容或示波器的交流耦合模式，將去除信號(hào)中的直流分量；這可以解決部分問(wèn)題，但會(huì)無(wú)法看到實(shí)際的DC值和漂移。
內(nèi)建偏移的探棒一些探棒具有額外的內(nèi)建偏移，其優(yōu)勢(shì)在于可讓使用者獲得足夠的偏移量，從而能看到真實(shí)的DC值和低頻特性，諸如漂移和驟降(sag)。
技巧4：評(píng)估開(kāi)關(guān)與EMI頻域圖
特征化電源軌通常需要確保電源軌上沒(méi)有耦合干擾信號(hào)，此外大家有時(shí)需要考慮開(kāi)關(guān)諧波。查看時(shí)域波形無(wú)法確定這些干擾因素，但透過(guò)示波器的FFT功能可以在頻域看到這些干擾。
查看頻域波形需要多大的帶寬？這取決于電源軌上可能耦合的潛在信號(hào)，包括頻率信號(hào)和快速邊緣諧波。
技巧5：加快測(cè)量速度更新速率對(duì)電源完整性測(cè)量速度的影響
電源軌測(cè)量需要找出最壞情況下的電壓值，建立高可靠度意味著在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行數(shù)百或數(shù)千次測(cè)量；這會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，而且過(guò)程也會(huì)很枯燥。電源完整性測(cè)量的之處在于它們通常需要很長(zhǎng)的時(shí)間跨度，為了保持更高的帶寬，示波器需要更高的采樣率，從而將占用大量的內(nèi)存。
波形更新速率用于描述示波器處理內(nèi)存、在顯示器上顯示結(jié)果并開(kāi)始擷取新數(shù)據(jù)的速度；數(shù)字示波器的更新速率高達(dá)100萬(wàn)個(gè)波形/秒?？焖俚母滤俾蕜t意味著可以更快地完成Vpp和FFT等測(cè)量。
很多示波器的更新速率在每秒數(shù)十次或數(shù)百次采樣的范圍內(nèi)，這意味著這種示波器要準(zhǔn)確獲得最壞情況下的容差測(cè)試，所需時(shí)間比更新速率高的示波器要高出幾個(gè)等級(jí)。更新速率高的示波器能讓使用者更快速地完成精確測(cè)量。
說(shuō)了這么多邁昂來(lái)給大家歸納總結(jié)一下：
1、選擇低噪聲示波器對(duì)于精確測(cè)量電源完整性至關(guān)重要；
2、示波器搭配衰減比1:1、內(nèi)建偏移、高帶寬、高直流阻以及整合電壓計(jì)的探棒使用，可提升測(cè)量性能；
3、詳細(xì)了解并正確設(shè)定一系列示波器屬性，比如說(shuō)垂直刻度和帶寬限制濾波器，可提高測(cè)量結(jié)果的精確度；
4、添加頻域圖可讓用戶(hù)快速隔離耦合信號(hào)；
5、快速更新速率能讓用戶(hù)更快速地測(cè)試電源軌。
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