使用12bit高精度示波器測試電源噪聲之對比測試-云帆興燁

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

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置下實現此偏置，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全靈敏度，從而可以實現更高的SNR和更精確的測量（圖7），在40 mVpk-pk的滿量程輸入范圍內進行測量意味著可以應用更多的ADC分辨率來數字化信號，這可以改善SNR。

RP4030電源軌探頭在很高的偏置下實現了更高靈敏度，在數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，與高精度示波器的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，10：1同軸探頭具有4 GHz的帶寬，可進行全頻譜采集，但是探頭的10：1衰減會導致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10：1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。

高精度示波器與RP4030電源軌探頭（灰色波形）和10：1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

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。