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使用12bit高精度示波器測試電源噪聲之對比測試-云帆興燁

發(fā)表日期:2019/11/20 瀏覽次數(shù):

我們在上一篇中介紹了測量電源軌噪聲的五種測試方式,分析了各自的優(yōu)點和缺點,我們下面將通過兩個測試實例,來對比分析結(jié)果的差異。

偏置和靈敏度對比:3.3V電源軌


如圖所示,為使用同軸線纜測量3.3V電源軌,測量3.3V電源軌需要3.3V的偏置,在需要高帶寬測量時,與高精度示波器的50-Ω輸入連接的同軸線纜只能在低靈敏度設(shè)置下實現(xiàn)此偏置,這會降低SNR。

使用同軸線纜測試3.3V電源軌

但是,電源軌探頭可以在非常大的偏置下實現(xiàn)全靈敏度,從而可以實現(xiàn)更高的SNR和更精確的測量(圖7),在40 mVpk-pk的滿量程輸入范圍內(nèi)進行測量意味著可以應(yīng)用更多的ADC分辨率來數(shù)字化信號,這可以改善SNR。

RP4030電源軌探頭在很高的偏置下實現(xiàn)了更高靈敏度,在數(shù)字化輸入信號時采用了更高的ADC分辨率

帶寬對比:帶有很多噪聲的3.3V電源軌

為了比較五種電源軌探測方式的帶寬,我們用一個4 GHz示波器來測量帶有大量高頻時鐘信號噪聲的3.3 V電源軌,同時,調(diào)整偏置和垂直靈敏度以使SNR最大化。由于帶寬限制為500MHz,10MΩ無源探頭無法捕獲信號的所有高頻成分(圖8,左上方),同樣的,與高精度示波器1MΩ耦合輸入連接的同軸線纜具有超過1 GHz的帶寬,但仍不足以覆蓋時鐘噪聲信號的全部頻譜(圖8,右上)。使用同軸電纜連接到示波器的50Ω輸入,其帶寬要好一些,因為它具有4 GHz帶寬:足以捕獲噪聲信號的整個頻譜。但是,為了在這種耦合和帶寬條件下獲得足夠的偏置,垂直靈敏度會受到限制(圖8,中左)。

五種測量方式帶寬的對比

就其本身而言,101同軸探頭具有4 GHz的帶寬,可進行全頻譜采集,但是探頭的101衰減會導(dǎo)致SNR降低20 dB。當使用RP4030電源軌探頭測量嘈雜的3.3V電源軌時,該探頭不僅具有足夠的帶寬來進行全頻譜捕獲,而且還沒有衰減,并具有非常高的偏置范圍。在101同軸探頭和RP4030探頭的疊加比較中,請注意前者(綠色)和后者(灰色)之間的本底噪聲差異。

高精度示波器RP4030電源軌探頭(灰色波形)和101同軸探頭(綠色波形)相比,可以明顯觀察到兩個探頭之間的本底噪聲差異

總結(jié)

高精度示波器和探頭是影響電源軌噪聲測量的主要因素,以上介紹了使用力科12位高精度示波器探測電源軌的各種方式各自的優(yōu)點和缺點。有些方式(例如10MΩ無源探頭)對電源軌的負載很小,但帶寬有限。如果電源軌阻抗很低,但帶寬卻很高,有些方式(例如與示波器的50歐姆輸入端同軸連接)在負載方面就存在問題。 RP4030電壓軌探頭是個例外,它是專為電源軌探測而設(shè)計的,旨在消除這些折衷,配合力科低噪聲12bit示波器使用,可以準確測量電源軌噪聲。