關于電源紋波測量

1、圖一：示波器ADC的量化誤差Z/mwofIshowquanlFileVerticalTimebaseTriggerDisplayCursorsMeasureMattiAjualysisUilrtie?Help10QKS2MOS/210DffiV05lg107JmVS.OOmV2Q.0P1Wly9WmV-210J0mVcf5i3431mV3mVAiv9.80mVFl-2002)1LsCrov電源噪聲測試美國力科公司深圳代表處張昌駿當今的電子產品，信號速度越來越快，集成電路芯片的供電電壓也越來越小，90年代芯片的供電通常是5V和3.3V,而現在，高速IC的供電通常為2.5V,1.8V或1.5V等等

2、。對于這類電壓較低直流電源的電壓測試（簡稱電源噪聲測試），本文將簡要討論和分析。在電源噪聲測試中，通常有三個問題導致測量不準確z示波器的量化誤差z使用衰減因子大的探頭測量小電壓z探頭的GND和信號兩個探測點的距離過大示波器存在量化誤差，實時示波器的ADC為8位，把模擬信號轉化為2的8次方（即256個）量化的級別，當顯示的波形只占屏幕很小一部分時，則增大了量化的間隔，減小了精度，準確的測量需要調節(jié)示波器的垂直刻度（必要時使用可變增益），盡量讓波形占滿屏幕，充分利用ADC的垂直動態(tài)范圍。在圖一中藍色波形信號（C3）的垂直刻度是紅色波形（C2）四分之一，對兩個波形的上升沿進行放大（F1=ZOOM（C

3、2）,F2=ZOOM（C3），然后對放大的波形作長余輝顯示，可以看到，右上部分的波形F1有較多的階梯（即量化級別），而右下部分波形F2的階梯較少（即量化級別更少）。如果對C2和C3兩個波形測量一些垂直或水平參數，可以發(fā)現占滿屏幕的信號C2的測量參數統(tǒng)計值的標準偏差小于后者測量結果的一致性和準確性。通常測量電源噪聲，使用波器設置為長余輝模式，最后用兩個水平游標來測量電源噪聲的峰峰值。這種方法有一個問題是，常規(guī)的無源探頭或有源探頭，其衰減因子為10,和示波器連接后，垂直刻度的最小檔位為20mV,在不使用DSP濾波算法時，探頭的本底噪聲峰峰值約為30mV。以DDR2的1.8V供電電壓為例，如果按5%

4、來算，其允許的電源噪聲為90mV,探頭的噪聲已經接近待測試信號的1/3,所以，用10倍衰減的探頭是無法準確測試1.8V/1.5V等小電壓。在實際測試1.8V噪聲時，垂直刻度通常為5-10mV/div之間。另外,探頭的GND和信號兩個探測點的距離也非常重要，當兩點相距較遠，會有很多EMI噪聲輻射到探頭的信號回路中（如圖二所示）,示波器觀察的波形包括了其他信號分量，導致錯誤的測試結果。所以要盡量減小探頭的信號與地的探測點間距，減小環(huán)路面積。對于小電源的電壓測試，我們推薦衰減因子為1圖二：探頭上的信號電流回路以,力科一二意SMA接頭DC507DC1M/A1在電源噪聲測試中，還存在示波器通道輸入阻抗選

5、擇的爭議。示波器的通道有n二二二二4選項可選（對于高端示波器，可能只有50個選項）匕些工圖四：測量某電腦主板DDR2的1.8V的電源噪聲如圖三為力科PP066探頭，該探頭的地與信號的間距可調節(jié)，探頭的地針可彈性收縮，操作起來非常方便。通過同軸電纜加隔直模塊后連接到示波器通道上。也可以把同軸電纜剝開，直接把電纜的信號和地焊接到待測試電源的電源和地上。在圖四中把SMA接頭的同軸電纜的一段剝開焊接到了電腦主I板的DDR2供電的1.8V上面，測量其電源噪聲。的無源傳輸線探頭。使用這類探頭時,示波器的最小刻度可達2mV/div,不過其動態(tài)范圍有限，偏移的可調范圍限制在+/-750在測量常見的1.5V、1

6、.8V電源時，需要隔直電路（DC-Block）后再輸入到示波器。LfiCroy程師認為應該使用1M歐的輸入阻抗，另一些認為50歐的輸入阻抗更合適。在測試中我們發(fā)現：如果使用1倍衰減的探頭測試，當示波器通道輸入為1M歐時，通常其測量出的電源噪聲大于50歐輸入阻抗的。原因是：高頻電源噪聲從同軸電纜傳輸到示波器通道后，當示波器輸入阻抗是50歐時，同軸電纜的特性阻抗50歐與通道的完全匹配，沒有反射；而通道輸入阻抗為1M歐時，相當于是高阻，根據傳輸線理論，電源噪聲發(fā)生反射，這樣，導致1M歐輸入阻抗是測試的電源噪聲高于50歐的。所以，測量小電源噪聲推薦使用50歐的輸入阻抗。在準確測量到電源噪聲的波形后，可

7、以計算出噪聲的峰峰值，如果電源噪聲過大，則需要分析噪聲來自哪些頻率，這時，需要對電源噪聲的波形進行FFT,轉化為頻譜進行分析。FFT中信號時間的長度決定了FFT后的頻譜分辨率，在力科示波器中，支持業(yè)界最大的128M個點的FFT，能準確定位電源噪聲來自于哪些頻率（其頻譜分辨率是同類儀器的40倍以上）。3.3VHl-24.4d0ml口04両陶WI號畋如圖五所示FileVerticalTimebaseTriggerDisplayCursorsMea&ureMathAnatysisUtilitiesHelpnIIr；I4kHz為某光模塊的3BV電源的噪聲。其噪聲的頻譜最高點的頻率為311：6KHz。這

8、個光模塊輸出的1.25GbpS光言號的抖動測試中發(fā)現了同樣的312KHZ的周期性抖動。在周期性抖動分解后（Pjbreakdown菜單），發(fā)現312KHz63.7皮秒，在眼圖中也明顯可諧察到抖動。通過這個案例說明，電源噪些高速信號的眼圖和抖動變差。對電源噪聲進行頻譜分析，能有效定位噪聲試的方向。很可能導致的來引witAirj|X1=MM3臨InX2=272.5kHzWHt.Ddecade.犬14口呂brnLl-504dsAMeasirePI:i；Tj：iP2:(：ConvRi：iP3:i：C：orivDi：iin口P4:(Pj)iz-j1.00Q/div100ps/div在使用示波器P5:(DC

9、D)P6:(DDj)P7：P8圖六：某1.25Gbps信號的抖動和眼圖測試結果0.0MsWTrigger5.00k#/div100ps/div量電源噪聲時，為了保證2.00decades100mUI/div源1.00MS5.00|js/divALJto20GS/sEdge89.0Pos以上SerialData.AnalysisFLLSettings_j_的電源噪聲，對于目前最曰的險噪GE聲&掃k以已使嚇!自9門陶瓷遲電門E緊g耦J合t的V電time.ItismeasuredbyanalyzingpeaksintheFouriertranstormof在封裝和芯片級的去耦措施來完成了。iomAdv.Controi二性分析,，250M源和地平面來濾波。而高于這個頻率的只能,250M的頻譜分辨率（即deltaf）越小。通常我們的開