在測(cè)試帶寬低于10MHz且電壓靈敏度高于100mV的信號(hào)時(shí)，無(wú)論信號(hào)類(lèi)型或源阻抗如何，傳統(tǒng)的美國(guó)力科10x無(wú)源探頭都是很好的選擇。但是，對(duì)于帶寬>10MHz和電壓靈敏度 <100mV的信號(hào)，10x無(wú)源探頭可能不是最佳選擇。

在本文中，我們將介紹一種簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且低成本的替代 10x 無(wú)源探頭的方式，專(zhuān)門(mén)用于電源軌測(cè)量。

與普通信號(hào)相比，電源軌特有的六個(gè)特征，使得對(duì)他們的測(cè)試面臨不同的挑戰(zhàn):

• 開(kāi)關(guān)電源會(huì)發(fā)出較大的近場(chǎng) RF噪聲

• 電源軌的輸出阻抗可能小于 1 Ω

• 可能存在較大的 DC 偏置

• 感興趣的信號(hào)可能小至 10 mV

• 對(duì)于低電流電源軌，希望避免引入低的 DC 阻抗負(fù)載

• 可能存在帶寬 >100 MHz 的快速瞬變

探測(cè)低阻抗、快速開(kāi)關(guān)電源的一種替代方法是源串聯(lián)端接法，它是在 DUT 和同軸線(xiàn)纜連接之間串聯(lián)一個(gè) 50Ω 電阻。然后將同軸線(xiàn)纜連接到示波器的模擬輸入端口，選擇示波器的 1 MΩ 端接，等效電路模型和簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)如圖 1 所示。

測(cè)量高帶寬信號(hào)時(shí)，推薦美國(guó)力科示波器輸入阻抗設(shè)置為50Ω。然而，這不適用于電源軌測(cè)試。測(cè)量電源軌時(shí)，示波器的50Ω輸入阻抗會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題。

一方面，對(duì)于示波器的50Ω輸入阻抗，可以探測(cè)的最大電壓通常約為5V，更高的電壓會(huì)在50Ω電阻器中消耗過(guò)多功率，可能損壞示波器。

另一方面，示波器50Ω輸入阻抗會(huì)向DUT引入較低的直流負(fù)載。如果DUT是3V電壓源，則 50Ω 負(fù)載將消耗約 60mA電流。如果 DUT可以提供100A電流，則探頭消耗的60mA電流是可以忽略不計(jì)的。但是，如果DUT是100mA低壓差(LDO)電源，則被探頭消耗的60mA電流將極大地影響LDO電源的性能。

因此，我們必須選擇美國(guó)力科示波器的1MΩ輸入端接。一方面，這可以測(cè)量±40V的電壓范圍，而直流電流消耗可忽略不計(jì)。另一方面，當(dāng)用同軸電纜直接連接探測(cè)低阻抗源時(shí)，美國(guó)力科示波器的1MΩ輸入端接會(huì)在快速瞬態(tài)邊沿產(chǎn)生大量反射。等效電路如圖 2 所示。

初始瞬變信號(hào)從低阻抗源進(jìn)入同軸電纜后，沿同軸電纜傳輸?shù)绞静ㄆ鞯?1MΩ輸入端接。從那里，它反射回源頭。當(dāng)它再次達(dá)到源的低阻抗時(shí)，信號(hào)極性變化并再次發(fā)生反射，反射信號(hào)進(jìn)入示波器并將輸入信號(hào)拉低，然后反射再次重復(fù)發(fā)生。最終結(jié)果是在示波器看到出現(xiàn)比較大振鈴的信號(hào)。

這個(gè)問(wèn)題的解決方法是：向DUT 添加一個(gè)50Ω源串聯(lián)端接。結(jié)果就是，一半的電源電壓被發(fā)送到同軸電纜，到達(dá)示波器的1MΩ輸入終端并反射回來(lái)。示波器測(cè)得的初始電壓是發(fā)射電壓的 2 倍，正好等于源電壓。

當(dāng)反射信號(hào)到達(dá)源時(shí)，它會(huì)看到與低阻抗源串聯(lián)的50Ω電阻器，只要源阻抗小于 5Ω，實(shí)際上就沒(méi)有反射并且反射被終止。

在圖 3 所示的示例中，具有0.1Ω源阻抗的5V開(kāi)關(guān)電源 (SMPS)以幾納秒的上升時(shí)間開(kāi)啟，左側(cè)是在示波器設(shè)置為1MΩ輸入端接的情況下測(cè)量的，多次反射清晰可見(jiàn)。右側(cè)是將50Ω源串聯(lián)電阻添加到同軸電纜末端，防止多次反射。

這種在同軸電纜末端添加50Ω源串聯(lián)電阻的簡(jiǎn)單方法是在高帶寬下探測(cè)電源軌的低成本替代方案，是10x探頭的替代方法，作為1x探頭還具有不會(huì)衰減信號(hào)的優(yōu)勢(shì)。