示波器基礎系列之五 —— 電源噪聲測試

在電源噪聲測試中，通常有三個問題導致測量不準確

l 示波器的量化誤差

l 使用衰減因子大的探頭測量小電壓

l 探頭的GND和信號兩個探測點的距離過大

示波器存在量化誤差，實時示波器的ADC為8位，把模擬信號轉化為2的8次方（即256個）量化的級別，當顯示的波形只占屏幕很小一部分時，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（必要時使用可變增益），盡量讓波形占滿屏幕，充分利用ADC的垂直動態范圍。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，對兩個波形的上升沿進行放大（F1=ZOOM(C2), F2=ZOOM(C3)），然后對放大的波形作長余輝顯示，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C3兩個波形測量一些垂直或水平參數，可以發現占滿屏幕的信號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余輝模式，最后用兩個水平游標來測量電源噪聲的峰峰值。這種方法有一個問題是，常規的無源探頭或有源探頭，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，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％來算，其允許的電源噪聲為90mV，探頭的噪聲已經接近待測試信號的1/3，所以，用10倍衰減的探頭是無法準確測試1.8V/1.5V等小電壓。在實際測試1.8V噪聲時，垂直刻度通常為5-10mV/div之間。

另外，探頭的GND和信號兩個探測點的距離也非常重要，當兩點相距較遠，會有很多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間距，減小環路面積。

對于小電源的電壓測試，我們推薦衰減因子為1的無源傳輸線探頭。使用這類探頭時，示波器的最小刻度可達2mV/div，不過其動態范圍有限，偏移的可調范圍限制在+/-750mV之間，所以，在測量常見的1.5V、1.8V電源時，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，操作起來非常方便。通過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，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，焊接到了電腦主板的DDR2供電的1.8V上面，測量其電源噪聲。

圖四 測量某電腦主板DDR2的1.8V的電源噪聲