l利用示波器进行电源噪声测试

当今的电子产品，信号速度越来越快，集成电路芯片的供电电压也越来越小，90年代芯片的供电通常是5V和3.3V，而现在，高速IC的供电通常为2.5V, 1.8V或1.5V等等。对于这类电压较低直流电源的电压测试（简称电源噪声测试），本文将简要讨论和分析。

在电源噪声测试中，通常有三个问题导致测量不准确

• 示波器的量化误差
• 使用衰减因子大的探头测量小电压
• 探头的GND和信号两个探测点的距离过大

示波器存在量化误差，实时示波器的ADC为8位，把模拟信号转化为2的8次方（即256个）量化的级别，当显示的波形只占屏幕很小一部分时，则增大了量化的间隔，减小了精度，准确的测量需要调节示波器的垂直刻度（必要时使用可变增益），尽量让波形占满屏幕，充分利用ADC的垂直动态范围。在图一中蓝色波形信号（C3）的垂直刻度是红色波形（C2）四分之一，对两个波形的上升沿进行放大（F1=ZOOM(C2), F2=ZOOM(C3)），然后对放大的波形作长余辉显示，可以看到，右上部分的波形F1有较多的阶梯（即量化级别），而右下部分波形F2的阶梯较少（即量化级别更少）。如果对C2和C3两个波形测量一些垂直或水平参数，可以发现占满屏幕的信号C2的测量参数统计值的标准偏差小于后者的。说明了前者测量结果的一致性和准确性。

图一 示波器ADC的量化误差

通常测量电源噪声，使用有源或者无源探头，探测某芯片的电源引脚和地引脚，然后示波器设置为长余辉模式，最后用两个水平游标来测量电源噪声的峰峰值。这种方法有一个问题是，常规的无源探头或有源探头，其衰减因子为10，和示波器连接后，垂直刻度的最小档位为20mV，在不使用DSP滤波算法时，探头的本底噪声峰峰值约为30mV。以DDR2的1.8V供电电压为例，如果按5％来算，其允许的电源噪声为90mV，探头的噪声已经接近待测试信号的1/3，所以，用10倍衰减的探头是无法准确测试1.8V/1.5V等小电压。在实际测试1.8V噪声时，垂直刻度通常为5-10mV/div之间。

另外，探头的GND和信号两个探测点的距离也非常重要，当两点相距较远，会有很多EMI噪声辐射到探头的信号回路中（如图二所示），示波器观察的波形包括了其他信号分量，导致错误的测试结果。所以要尽量减小探头的信号与地的探测点间距，减小环路面积。



对于小电源的电压测试，我们推荐衰减因子为1的无源传输线探头。使用这类探头时，示波器的最小刻度可达2mV/div，不过其动态范围有限，偏移的可调范围限制在+/-750mV之间，所以，在测量常见的1.5V、1.8V电源时，需要隔直电路（DC-Block）后再输入到示波器。



如图三为力科PP066探头，该探头的地与信号的间距可调节，探头的地针可弹性收缩，操作起来非常方便。通过同轴电缆加隔直模块后连接到示波器通道上。也可以把同轴电缆剥开，直接把电缆的信号和地焊接到待测试电源的电源和地上。在图四中把SMA接头的同轴电缆的一段剥开，焊接到了电脑主板的DDR2供电的1.8V上面，测量其电源噪声。