五种利用示波器精确测量电源完整性的技巧
技巧3:达到足够的偏移量
交流耦合和阻隔电容
示波器内建的偏移量通常不足以让使用者将波形放置在显示器中央并放大显示,这会导致两个负面因素:示波器只使用一小部分ADC垂直分辨率并使用更大的垂直刻度,从而产生额外的噪声;这会降低测量品质。
如果在选定的路径和探棒上使用阻隔电容(blocking caps)或示波器的交流耦合(AC coupling)模式,将去除信号中的直流分量;这可以解决部分问题,但会无法看到实际的DC值和漂移(drift)。
内建偏移的探棒
一些探棒具有额外的内建偏移,其优势在于可让使用者获得足够的偏移量,从而能看到真实的DC值和低频特性,诸如漂移和骤降(sag)。R&S RT-ZPR20电源完整性探棒具有±60V的内建偏移和850mV的动态范围,这意味着使用者可以在-60V和+60V的范围内查看直流电源轨上高达850mV的交流特性。
技巧4:评估开关与EMI
频域图
特征化电源轨通常需要确保电源轨上没有耦合干扰信号,此外用户有时需要考虑开关谐波(switching harmonics)。查看时域(time domain)波形无法确定这些干扰因素,但透过示波器的FFT功能可以在频域看到这些干扰。
查看频域波形需要多大的带宽?这取决于电源轨上可能耦合的潜在信号,包括频率信号和快速边缘谐波。
图4:查看电源轨在时域中的波形图可以得到Vpp;但要找出并隔离电源轨上的耦合信号(例如本例中的2.4 GHz Wi-Fi信号),则需要使用频域图
技巧5:加快测量速度
更新速率对电源完整性测量速度的影响
电源轨测量需要找出最坏情况下的电压值,建立高可靠度意味着在更长时间内进行数百或数千次测量;这会耗费很长的时间,而且过程也会很枯燥。电源完整性测量的独特之处在于它们通常需要很长的时间跨度,为了保持更高的带宽,示波器需要更高的采样率,从而将占用大量的内存。
例如,在采样率为10 Gsample/s的情况下,1毫秒(millisecond)撷取的数据需要使用10 Msample的内存,10毫秒撷取的数据需要使用100 Msample的内存。
波形更新速率用于描述示波器处理内存、在显示器上显示结果并开始撷取新数据的速度;举例来说,R&S RTO和R&S RTE数字示波器的更新速率高达100万个波形/秒。快速的更新速率则意味着可以更快地完成Vpp和FFT等测量。许多示波器的最大更新速率在每秒数十次或数百次采样的范围内,这意味着这种示波器要准确获得最坏情况下的容差测试,所需时间比更新速率高的示波器要高出几个等级。更新速率高的示波器能让使用者更快速地完成精确测量。
结语
以下总结使用示波器精确测量电源完整性的五个技巧:
选择低噪声示波器对于精确测量电源完整性至关重要;
示波器搭配衰减比 1:1 、内建偏移、高带宽、高直流阻以及整合电压计(如R&S ProbeMeter)的探棒使用,可提升测量性能;
了解并正确设定一系列示波器属性,例如垂直刻度和带宽限制滤波器,可提高测量结果的精确度;
添加频域图可让用户快速隔离耦合信号;
快速更新速率能让用户更快速地测试电源轨。
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