想像以下場景：最新的硬件將要試運行，你已經成功地給亮閃閃的新板子加電
，即將開始功能測試，卻發現電源軌壓降(rail droop)、接地反彈、電源引起的時鍾與數據抖動以及在ADC/DAC輸(shu)出(chu)頻(pin)譜(pu)中(zhong)存(cun)在(zai)帶(dai)內(nei)雜(za)散(san)。這(zhe)些(xie)現(xian)象(xiang)為(wei)什(shen)麼(me)會(hui)發(fa)生(sheng)？如(ru)何(he)確(que)定(ding)其(qi)根(gen)源(yuan)及(ji)情(qing)況(kuang)有(you)多(duo)糟(zao)
？負(fu)載(zai)對(dui)交(jiao)流(liu)噪(zao)聲(sheng)以(yi)及(ji)電(dian)壓(ya)軌(gui)上(shang)的(de)紋(wen)波(bo)有(you)多(duo)敏(min)感(gan)？它(ta)們(men)的(de)PSRR是多少

？電源電壓要多安靜才能達到所要求的性能
？

 

使用示波器測量直流電源軌上的微弱交流噪聲是很成問題的：首先，儀器和探針會(hui)增(zeng)加(jia)額(e)外(wai)的(de)噪(zao)聲(sheng)，人(ren)們(men)弄(nong)不(bu)清(qing)噪(zao)聲(sheng)是(shi)測(ce)量(liang)引(yin)起(qi)的(de)還(hai)是(shi)電(dian)源(yuan)引(yin)起(qi)的(de)。偏(pian)移(yi)量(liang)也(ye)可(ke)能(neng)受(shou)限(xian)製(zhi)
，使(shi)你(ni)無(wu)法(fa)放(fang)大(da)查(zha)看(kan)並(bing)分(fen)析(xi)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)上(shang)的(de)交(jiao)流(liu)幹(gan)擾(rao)。另(ling)外(wai)，示(shi)波(bo)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)可(ke)能(neng)會(hui)成(cheng)為(wei)電(dian)源(yuan)軌(gui)的(de)負(fu)載(zai)，其(qi)帶(dai)寬(kuan)可(ke)能(neng)受(shou)限(xian)
，因(yin)此(ci)會(hui)掩(yan)蓋(gai)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)瞬(shun)時(shi)噪(zao)聲(sheng)。

 

由於人們越來越多地使用速度更快、密度更高的FPGA和寬帶ADC/DAC (由開關穩壓器產生的低電壓供電)
，加上不良的設計方法
，工程師在生產和調試他們的航空電子硬件時需要能夠放大直流電源軌以查看交流瞬變、zaoshenghewenbo。shiboqitongchangmeiyouzugoudepianyiliangjiangzhiliudianyuanguidingweizaipingmuzhongxinlaihuodesuoxudeceliangjieguo。zaixinhaolujingzhongfangzhiyigegezhidianrongkeyijiejuepianyiliangwenti
，danyehuiyangaiyixiezhongyaoxinxi
，ruyasuohuodipinpiaoyi。

 

最(zui)新(xin)的(de)低(di)噪(zao)聲(sheng)探(tan)針(zhen)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)噪(zao)聲(sheng)指(zhi)數(shu)，因(yin)此(ci)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)上(shang)的(de)交(jiao)流(liu)幹(gan)擾(rao)與(yu)紋(wen)波(bo)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)。第(di)一(yi)步(bu)測(ce)試(shi)是(shi)將(jiang)輸(shu)入(ru)端(duan)短(duan)路(lu)，驗(yan)證(zheng)探(tan)針(zhen)和(he)示(shi)波(bo)器(qi)是(shi)否(fou)適(shi)合(he)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)測(ce)量(liang)任(ren)務(wu)。圖(tu)1總結了直流電源軌上的低水平交流噪聲的測量過程，可以看出，使用電源完整性探針代替標準探針可以減少基線噪聲。

 

圖1：用於表征基線噪聲的零測量。

 

使用衰減比超過1:1的有源或無源探針有助於解決偏移量難題，但也會降低信噪比，並影響精度。使用示波器的50 Ω輸入同樣會成為待測量的直流電源的負載
，如圖2所示：

 

 

圖2：衰減比和端接會影響噪聲的測量結果。

 

FPGA或ADC/DAC動dong態tai加jia載zai直zhi流liu電dian源yuan發fa生sheng在zai時shi鍾zhong頻pin率lv點dian，這zhe會hui在zai電dian源yuan軌gui上shang產chan生sheng高gao速su瞬shun變bian信xin號hao和he噪zao聲sheng。設she計ji師shi需xu要yao高gao帶dai寬kuan工gong具ju評ping估gu和he理li解jie電dian源yuan電dian壓ya上shang的de寬kuan帶dai幹gan擾rao。開kai關guan噪zao聲sheng產chan生sheng的de瞬shun變bian頻pin率lv很hen容rong易yi超chao過guo1GHz。

 

探針的地線連接長度也會影響噪聲的測量
，如圖3所示。探針的內部電容和地線形成了一個LC電路，回路越短電感越小。地線還能成為輻射噪聲的天線！

 

 

圖3：地線環路麵積對測量的影響。

 

為了成功地調試最新的航空電子硬件，可以使用Keysight公司N7020A這樣的電源軌探針。該探針提供1:1的衰減比
，基線示波器噪聲隻增加10%，偏移量為±24V，因此你可以將信號置於屏幕中央以放大分析交流噪聲。另外50kΩ的直流負載和2GHz的帶寬可以讓你捕獲快速的瞬變信號。

 

圖4：Keysight公司的N7020A電源完整性測量探針。

 

 

本文來源於電子技術設計。