胡為東系列文章之六--小電壓電源噪聲的測量
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二、電源噪聲的頻譜成分分析
在準確測量到電源噪聲的波形后，可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(zhuǎn)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）。
圖6測量某3.3V的電源噪聲
圖7某1.25Gbps信號的抖動和眼圖測試結(jié)果
如圖6所示為某光模塊的3.3V電源的噪聲。其噪聲的頻譜最高點的頻率為311.6KHz。這個光模塊輸出的1.25Gbps光信號的抖動測試中發(fā)現(xiàn)了同樣的312KHz的周期性抖動。在圖7中可以看到，把1.25G串行信號的周期性抖動分解后(Pj breakdown菜單)，發(fā)現(xiàn)312KHz的周期性抖動為63.7皮秒，在眼圖中也明顯可以觀察到抖動。通過這個案例說明，電源噪聲很可能導(dǎo)致一些高速信號的眼圖和抖動變差。對電源噪聲進行頻譜分析，能有效定位噪聲的來源，指引調(diào)試的方向。
在使用示波器測量電源噪聲時，為了保證測量精度，需要選擇足夠的采樣率和采集時間。推薦采樣率在500MSa/s以上，這樣奈科斯特頻率為250M，可以測量到250MHz以下的電源噪聲，對于目前最普及的板級電源完整性分析，250M的帶寬已足夠。低于這個頻率的噪聲可以使用陶瓷電容、PCB上緊耦合的電源和地平面來濾波。而高于這個頻率的只能在封裝和芯片級的去耦措施來完成了。
波形的采集時間越長，則轉(zhuǎn)化為頻譜后的頻譜分辨率（即delta f）越小。通常我們的開關(guān)電源工作在10KHz以上，如果頻譜分辨率要達到100Hz的話，至少需要采集10ms長的波形，在500MSa/s采樣率時，示波器需要500MSa/s * 10 ms = 5M pts的存儲深度。
三、12位ADC示波器對電源噪聲測量的應(yīng)用價值
力科在推出其新款高帶寬示波器（45GHZ的帶寬、120GS/S的采樣率、768MS的存儲深度）的同時，也在提升其低中端示波器的性能。不僅對老款型號的WaveSurfer Xs系列、WaveRunner Xi系列示波器進行了更新（WaveSurfer Xs-B，WaveRunner 6Zi），新款產(chǎn)品不僅指標有了進一步的提升，而且速度性能、分析能力、觸發(fā)方法都有了相當程度的提升。除此以外，為了應(yīng)付電子行業(yè)越來越多的小信號的測量，力科還劃時代的推出了其12為ADC的實時數(shù)字示波器WaveRunner HRO 6Zi。具體型號和指標如下：
l
有400MHZ帶寬和600MHZ帶寬兩種型號
l每個通道2GS/S的采樣率
l最大存儲深度256MS
l12位ADC位數(shù)（ERES軟件增強為15位）
l具有和高端示波器相當?shù)乃俣刃阅堋⒑瘮?shù)測量及分析功能、高級FFT運算功能、高級觸發(fā)功能等
使用12位示波器測量電源噪聲等小幅度信號時可得到更好的量化誤差，信噪比更好，能夠更好的分辨出電源噪聲。如下圖9所示為8位的示波器和12位的示波器對噪聲測試結(jié)果的的對比。
圖8Lecroy WaveRunnerHRO 6Zi
圖9 8位示波器和12位示波器對噪聲測試的對比
五、小結(jié)
本文簡要介紹了電源噪聲測試中的注意事項和分析方法以及力科示波器最新推出的12位ADC示波器WaveRunner HRO 6Zi。使用更高位數(shù)的數(shù)字示波器，將減小主要影響電源噪聲測試精度的量化誤差，再注意選擇合適的探頭衰減倍數(shù)、以及地環(huán)路等因素，將有利于更加準確的測量小電壓的電源噪聲。
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