想像以下場(chǎng)景：最新的硬件將要試運(yùn)行，你已經(jīng)成功地給亮閃閃的新板子加電，即將開始功能測(cè)試，卻發(fā)現(xiàn)電源軌壓降(rail droop)、接地反彈、電源引起的時(shí)鐘與數(shù)據(jù)抖動(dòng)以及在ADC/DAC輸出頻譜中存在帶內(nèi)雜散。這些現(xiàn)象為什么會(huì)發(fā)生？如何確定其根源及情況有多糟？負(fù)載對(duì)交流噪聲以及電壓軌上的紋波有多敏感？它們的PSRR是多少？電源電壓要多安靜才能達(dá)到所要求的性能？

 

使用示波器測(cè)量直流電源軌上的微弱交流噪聲是很成問題的：首先，儀器和探針會(huì)增加額外的噪聲，人們弄不清噪聲是測(cè)量引起的還是電源引起的。偏移量也可能受限制，使你無(wú)法放大查看并分析直流電源上的交流干擾。另外，示波器的輸入阻抗可能會(huì)成為電源軌的負(fù)載，其帶寬可能受限，因此會(huì)掩蓋高頻開關(guān)瞬時(shí)噪聲。

 

由于人們?cè)絹?lái)越多地使用速度更快、密度更高的FPGA和寬帶ADC/DAC (由開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的低電壓供電)，加上不良的設(shè)計(jì)方法，工程師在生產(chǎn)和調(diào)試他們的航空電子硬件時(shí)需要能夠放大直流電源軌以查看交流瞬變、噪聲和紋波。示波器通常沒有足夠的偏移量將直流電源軌定位在屏幕中心來(lái)獲得所需的測(cè)量結(jié)果。在信號(hào)路徑中放置一個(gè)隔直電容可以解決偏移量問題，但也會(huì)掩蓋一些重要信息，如壓縮或低頻漂移。

 

最新的低噪聲探針具有良好的噪聲指數(shù)，因此不會(huì)影響直流電源上的交流干擾與紋波測(cè)量結(jié)果。第一步測(cè)試是將輸入端短路，驗(yàn)證探針和示波器是否適合所要求的測(cè)量任務(wù)。圖1總結(jié)了直流電源軌上的低水平交流噪聲的測(cè)量過(guò)程，可以看出，使用電源完整性探針代替標(biāo)準(zhǔn)探針可以減少基線噪聲。

 

圖1：用于表征基線噪聲的零測(cè)量。

 

使用衰減比超過(guò)1:1的有源或無(wú)源探針有助于解決偏移量難題，但也會(huì)降低信噪比，并影響精度。使用示波器的50 Ω輸入同樣會(huì)成為待測(cè)量的直流電源的負(fù)載，如圖2所示：

 

 

圖2：衰減比和端接會(huì)影響噪聲的測(cè)量結(jié)果。

 

FPGA或ADC/DAC動(dòng)態(tài)加載直流電源發(fā)生在時(shí)鐘頻率點(diǎn)，這會(huì)在電源軌上產(chǎn)生高速瞬變信號(hào)和噪聲。設(shè)計(jì)師需要高帶寬工具評(píng)估和理解電源電壓上的寬帶干擾。開關(guān)噪聲產(chǎn)生的瞬變頻率很容易超過(guò)1GHz。

 

探針的地線連接長(zhǎng)度也會(huì)影響噪聲的測(cè)量，如圖3所示。探針的內(nèi)部電容和地線形成了一個(gè)LC電路，回路越短電感越小。地線還能成為輻射噪聲的天線！

 

 

圖3：地線環(huán)路面積對(duì)測(cè)量的影響。

 

為了成功地調(diào)試最新的航空電子硬件，可以使用Keysight公司N7020A這樣的電源軌探針。該探針提供1:1的衰減比，基線示波器噪聲只增加10%，偏移量為±24V，因此你可以將信號(hào)置于屏幕中央以放大分析交流噪聲。另外50kΩ的直流負(fù)載和2GHz的帶寬可以讓你捕獲快速的瞬變信號(hào)。

 

圖4：Keysight公司的N7020A電源完整性測(cè)量探針。

 

 

本文來(lái)源于電子技術(shù)設(shè)計(jì)。