美國力科自制電源軌測量探頭-云帆興燁

在測試帶寬低于10MHz且電壓靈敏度高于100mV的信號時，無論信號類型或源阻抗如何，傳統的美國力科10x無源探頭都是很好的選擇。但是，對于帶寬>10MHz和電壓靈敏度 <100mV的信號，10x無源探頭可能不是最佳選擇。

在本文中，我們將介紹一種簡單、易于實現且低成本的替代 10x 無源探頭的方式，專門用于電源軌測量。

與普通信號相比，電源軌特有的六個特征，使得對他們的測試面臨不同的挑戰:

• 開關電源會發出較大的近場 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

• 感興趣的信號可能小至 10 mV

• 對于低電流電源軌，希望避免引入低的 DC 阻抗負載

• 可能存在帶寬 >100 MHz 的快速瞬變

探測低阻抗、快速開關電源的一種替代方法是源串聯端接法，它是在 DUT 和同軸線纜連接之間串聯一個 50Ω 電阻。然后將同軸線纜連接到示波器的模擬輸入端口，選擇示波器的 1 MΩ 端接，等效電路模型和簡單實現如圖 1 所示。

測量高帶寬信號時，推薦美國力科示波器輸入阻抗設置為50Ω。然而，這不適用于電源軌測試。測量電源軌時，示波器的50Ω輸入阻抗會產生兩個問題。

一方面，對于示波器的50Ω輸入阻抗，可以探測的最大電壓通常約為5V，更高的電壓會在50Ω電阻器中消耗過多功率，可能損壞示波器。

另一方面，示波器50Ω輸入阻抗會向DUT引入較低的直流負載。如果DUT是3V電壓源，則 50Ω 負載將消耗約 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，我們必須選擇美國力科示波器的1MΩ輸入端接。一方面，這可以測量±40V的電壓范圍，而直流電流消耗可忽略不計。另一方面，當用同軸電纜直接連接探測低阻抗源時，美國力科示波器的1MΩ輸入端接會在快速瞬態邊沿產生大量反射。等效電路如圖 2 所示。

初始瞬變信號從低阻抗源進入同軸電纜后，沿同軸電纜傳輸到示波器的 1MΩ輸入端接。從那里，它反射回源頭。當它再次達到源的低阻抗時，信號極性變化并再次發生反射，反射信號進入示波器并將輸入信號拉低，然后反射再次重復發生。最終結果是在示波器看到出現比較大振鈴的信號。

這個問題的解決方法是：向DUT 添加一個50Ω源串聯端接。結果就是，一半的電源電壓被發送到同軸電纜，到達示波器的1MΩ輸入終端并反射回來。示波器測得的初始電壓是發射電壓的 2 倍，正好等于源電壓。

當反射信號到達源時，它會看到與低阻抗源串聯的50Ω電阻器，只要源阻抗小于 5Ω，實際上就沒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開關電源 (SMPS)以幾納秒的上升時間開啟，左側是在示波器設置為1MΩ輸入端接的情況下測量的，多次反射清晰可見。右側是將50Ω源串聯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源串聯電阻的簡單方法是在高帶寬下探測電源軌的低成本替代方案，是10x探頭的替代方法，作為1x探頭還具有不會衰減信號的優勢。