示波器相關(guān)問題“一周一問”之十,十一
測試電源紋波和噪聲的時候,選擇20MHZ的帶寬是為了測試電源自身是否滿足要求,對于電源這種低頻信號而言,20MHZ帶寬已經(jīng)足夠了。有一疑問:為什么不在示波器上選擇全帶寬?選擇全帶寬是怕受到高頻信號的干擾,而無法測試出電源本身的問題?但是電源對于電路板而言很重要,如果高頻信號也對此有大的干擾,那么電路板就不能正常工作,是不是也應(yīng)當(dāng)測試高頻信號對電源的干擾?
問題11:
我個人認(rèn)為,為了準(zhǔn)確的測量電源紋波信號,就需要把直流以上的噪聲完全測試出來,所以不進行帶寬限制是最好的,不知道我這個觀點是否正確?我的問題的出發(fā)點就是想盡量準(zhǔn)確的把IC端電源噪聲測量出來。如果來一個20M的 帶寬限制,其測試到的結(jié)果明顯偏小,就反應(yīng)不了真實的情況。此時,很有可能隨著IC的門電路的翻轉(zhuǎn),電源上有20M以上,且幅度比較大的噪聲存在,這個噪聲有可能使IC的輸出特性變差。如果我測不到這個噪聲,我就可能無法找出合適的電容來把這個噪聲濾掉,從而不能解決電源噪聲引起的問題。不知我的這個理解是否正確?
回答1:
選擇20M的目的只是要將紋波測試出來,這個是電源的指標(biāo)。但是對于單板來講,測試電壓的紋波還是需要使用全帶寬去測試,驗證單板電源的穩(wěn)定性。
回答2:
因為電源的紋波和噪聲主要來自開關(guān)管,而電源的開關(guān)管工作在40多KHz,所以選擇20MHz的帶寬來測試。
回答3:
擾在電路板中主要指的是EMI問題,從能量的角度考慮,電源的能量是最強的,它可以產(chǎn)生很強的磁場,對其它信號的干擾最大,而高頻信號的電壓一般在700mv左右,且信號能產(chǎn)生的磁場很弱,相對于電源而言,對電源的影響很小,可以不計。
回答4:
對于電源紋波和噪聲,個人認(rèn)為電源紋波應(yīng)該使用20MHz的帶寬來測試,而測試噪聲的時候,要使用全帶寬的來測試。原因是:對于紋波來講,是電源輸出的時候,電源自身的開關(guān)頻率引起的,而在測試的時候使用20MHz的帶寬,就是為了把高頻的噪聲去掉,為了抓到真實的紋波。而對噪聲來講,要分選取的測試點,一般測試芯片的電源輸入的是放在芯片的接收端,在接受端測試實際的電源噪聲,一般是有一定的范圍要求的,如果超過這個要求,也是需要處理的。而在問題中擔(dān)心高頻噪聲在電源自身有影響,這個基本不用擔(dān)心,在電源的輸出端一般都是有小的濾波電容進行濾除高頻的噪聲,如果測試電源輸出端有很大的噪聲,建議需要處理一下,用小電容將這部分濾掉。
回答5:
要把紋波和噪聲分開來看,紋波是由電容的充放電,PWM調(diào)解產(chǎn)生(當(dāng)然,這里也有一部分低頻噪聲),一次電源的波紋還和50HZ的工頻有關(guān)。就像問題中所說的那樣,電源的頻率很低,20MHZ保證測出來的是電源本身的問題,而不是高頻干擾。而在噪聲的測試中,是要求把示波器打到全帶寬的,這樣來捕獲全帶寬下開關(guān)電源的噪聲。而在定義噪聲的指標(biāo)時,一般要考慮噪聲和直流壓降一起對后端用電芯片的影響,也就是說,噪聲要占用直流壓降的工作范圍。因此,的確要測試高頻信號對后端用電芯片的影響,而這一影響,就用噪聲來體現(xiàn)。以上是我對紋波噪聲的理解,里面會有一錯誤和遺漏的地方,請指出,謝謝!
回答6:
對于電源噪聲,我認(rèn)為在單獨的對電源電路進行測試時,需要進行20MHz限制,這樣可以發(fā)現(xiàn)電源本身有沒有問題,整版的測試需要在電源OK的基礎(chǔ)上進行。一般情況下,我們會在IC的power腳都會加0.1uF進行退耦處理,這個處理其實就是對耦合到電源上的高頻雜波的濾除。當(dāng)然,如果可以在全帶寬的情況通過spec要求,這個就更好了。其實談到0.1uF的退耦,我有個疑惑,為什么目前電路速度越來越快,但是0.1uF雷打不動?0.1uF究竟對哪個頻段工作最有效?在整版都跑1G/2.5G甚至10G的情況下,有沒有必要將這顆電容值減???期待得到你的幫助,謝謝!
回答7:
紋波和噪聲的測試首選使用同軸電纜紋波需要選擇20M帶寬,噪聲的測試需要使用全頻帶,因為有時信號需要以電源平面作為參考面走線,必要時使用頻譜分析儀分析高頻噪聲的頻段。
回答8:
示波器在模擬前端和數(shù)字化過程中會存在垂直噪聲,示波器是測量儀器,示波器帶寬越寬,垂直噪聲就越大,而嚴(yán)重的垂直噪聲會影響如下幾點:
1.引入幅度測量誤差;
2.引入sin(x)/x波形重建不確定度;
3.引入作為輸入信號沿壓擺率函數(shù)的定時誤差(抖動);
4.造成可觀測到的不良胖波形;
詳細(xì)細(xì)節(jié)參見:
http://www.eefocus.com/html/06-09/061002196813.shtml
因此,不將示波器設(shè)置成全帶寬,恰恰是避免,示波器的本底噪聲加入到電源中。
我覺得,高頻信號不會對電源產(chǎn)生干擾,電源或者更多的是地,會是高頻信號串?dāng)_的一個載體。電路設(shè)計中,會在電源出,并上10uf、1uf并聯(lián)起來的電容,正式為了避免高頻信號通過電源串?dāng)_到電路其他地方。
回答9:
一般認(rèn)為5M以下為電源紋波,這個紋波主要是電源的貢獻(關(guān)于這塊,我認(rèn)同問題中說法)。對于紋波的要求一般是1%以下;
5M以上一般認(rèn)為是噪聲,也就是問題中說的高頻信號,對于噪聲一般是要求3%~5%。個人認(rèn)為噪聲主要是來自板上器件,這個噪聲主要還是針對電源網(wǎng)絡(luò)而言。
所以個人認(rèn)為示波器設(shè)置20M測試的紋波測的是電源模塊輸出電源的質(zhì)量,而示波器的全帶寬測的是整個電源網(wǎng)絡(luò)的電源質(zhì)量,所以對電源質(zhì)量要求比較高的器件(如鎖相環(huán),A/D等)全帶寬的測試也是有必要的。
回答10:
示波器測量電源紋波時,因為使用接地線很長的示波器探針、或者讓由探針和接地線形成的回路靠近功率變壓器和開關(guān)元件等情況,使示波器耦合進了一些高頻干擾,這是由示波器本身的原因引入的,并不是電源輸出的紋波成分,為了測量準(zhǔn)確,所以要將對帶寬有所限制,不能選擇全帶寬。
選擇全帶寬是怕受到高頻信號的干擾,而無法測試出電源本身的問題。
為了保證電路板和電源正常工作,根據(jù)實際情況一般要采取在電源輸出端或(和)電路板輸入端加低通濾波、關(guān)鍵部件屏蔽等措施。電源的抗干擾能力最終也是通過測量紋波和噪聲反映出來。
回答11:
這個疑問很有道理的,在我們測試中,我們知道電源板內(nèi)基本都是低頻信號,
最高頻莫過于控制芯片的時鐘。當(dāng)然不可否定電源其他干擾源的影響,這些在EMC實驗中都會做實驗的; 另外,電源輸出測試,我們也測試20M帶寬、200M帶寬下信號和紋波,這我們都有標(biāo)準(zhǔn)的,兩個帶寬下得測試只是在示波器帶寬切換而已,非常容易,測試一下,但也無妨。
回答12:
關(guān)于電源(模塊電源)噪聲和紋波的測量:
測試方法是:紋波測試是采用20MHZ限制帶寬測試,時間格設(shè)置在開關(guān)電源PWM頻率左右。紋波是抓開關(guān)電源輸出電壓的波動。噪聲測試必須采用全帶寬測試,要求時間格在200nS/DIV;一般是抓比開關(guān)頻率高的雜波或者余波。
在系統(tǒng)板卡的模塊上一般來說,紋波影響芯片的基本性能和穩(wěn)定性。噪聲影響收發(fā)數(shù)據(jù)可靠性,丟包,錯包概率。
回答13:
我對這一次的問題很感興趣,因為我在測我電路板上的開關(guān)電源的時候
就發(fā)現(xiàn)開關(guān)噪聲很大,這種噪聲不同于紋波,在開關(guān)狀態(tài)變化時均會出現(xiàn),
通過很多努力,均未能消除。后來,采用接地環(huán)測試,也就是縮短試波器探
頭的接地線之后,發(fā)現(xiàn)測量到的開關(guān)噪聲就減小了很多。由此判斷,我之前
測到的噪聲應(yīng)該是開關(guān)電源的空間干擾。后來聽別人說,測紋波是要把示波
器的帶寬調(diào)到20MHz,我想可能是因為,測試電源時主要是測其電路上的指
標(biāo),故使用20MHz帶寬,可濾除空間干擾。
不知道是這個原因嗎?
回答14:
關(guān)于這個問題,我的看法是:選擇全帶寬是怕受到高頻信號的干擾,而無法測試出電源本身的問題。但這個高頻信號是從場空間通過示波器探頭耦合進去的,并不是電源自身產(chǎn)生的。所以電源供電的電路板可以正常工作,測試電源時也無須測試高頻信號對電源的干擾。但是現(xiàn)在有的開關(guān)電源為了提高效率,單位功率等指標(biāo),將開關(guān)頻率做得很高,如Vicor的電源好多開關(guān)頻率都在1MHz左右,此時對電臺等對頻段敏感的應(yīng)用,就需要全波段考查,否則會引起頻段混疊,電臺收發(fā)出錯。
回答15:
業(yè)界一般都是使用20MHz帶寬測量的電源模塊/DC-DC等主供電設(shè)備電源輸出噪聲的,如果測量IC管腳處的噪聲,則另當(dāng)別論。電源噪聲(紋波):噪聲包含很多種的成分(底噪,文波等),是一個籠統(tǒng)的說法。 紋波代表有固定頻率的波,在電源里主要是開關(guān)頻率對應(yīng)的噪聲(紋波),故有時電源噪聲和紋波通用。一點個人見解,未必準(zhǔn)確。
回答16:
其實在實際的工程開發(fā)測試在中,測試是更有針對性的,所以,以下觀點我不是很贊同。實際的測試中會包括兩部分:紋波測試機噪聲測試。而噪聲測試就是你所提到的不做帶寬限制,最大可能獲取真實情況。
回答17:
您好!我前幾天在公司內(nèi)組織過一次紋波測試方面的討論,感覺精確的測量紋波對操作者的要求比較高,需要考慮的因素很多,導(dǎo)致測試的一致性較差。同樣的一個電路,換個人測,結(jié)果偏差就會較大,花了很大力氣測出來的結(jié)果卻不能讓人信服!
我想問個問題,網(wǎng)上有人提到日本的一個紋波測量標(biāo)準(zhǔn)JEITA-RC9131A,它的適用性怎么樣?謝謝!
回答18(來自三星):
大家知道,對于電源系統(tǒng)來說(PDS),主要包括Source端(VRM)和Sink端(Chip)對于Source端來講,我們測試的是電源輸出的紋波,示波器選擇20MHZ的原因是在Source端有很多電源本身的Noise Source,比如說FET,還有電感,如果用全帶寬的話,幾乎大部分Noise Source都會耦合到探頭上面來,這樣的話我們根本測試不到真正電源輸出紋波。
對于Sink端來講,相對就比較負(fù)責(zé),我們不僅要考慮電源模塊本身的Noise,還要考慮PDS中的其他因素,比如Power Plane的諧振,比如其他noise(VDC之類)耦合到Power Plane,比如芯片本身的SSN等等,這個時候如果我們用20MHZ帶寬的話,反而會遺漏掉很多電源NOISE,從而影響PI效果。
所以,我覺得在Power Source端,應(yīng)該用20MHZ帶寬去測試,而在SINK端得PI測試,則需要全帶寬去測試(當(dāng)然,也不能用太高的帶寬,從經(jīng)驗來看,1GHz~2.5GHz的示波器比較合適。
回答19(來自ZTE):
對于單純的電源產(chǎn)品,20MHz已經(jīng)足夠了,這是因為電源主要的功能是輸出一個恒定的電壓,基本上是一個直流環(huán)境,過程中不會涉及到更高速的電路;對于數(shù)字電路板上的電源,我個人還是覺得高一點帶寬比較好。我們可以從設(shè)計角度想一下,隨著用電器件內(nèi)驅(qū)動、接收開關(guān)變化,電源網(wǎng)絡(luò)上的電流也會隨之變化,電流的變化也引起了電壓的波動,這一部分的噪聲占電源噪聲的很大比重。為了抑制這種噪聲,我們會在電源網(wǎng)絡(luò)上放置一定規(guī)格、數(shù)量的去耦電容,來保證這個電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗在有效頻率內(nèi)是低于目標(biāo)阻抗的,從而確保電源噪聲是滿足要求的,這個要求是兩維的。對應(yīng)的,電源噪聲也應(yīng)該是兩維的:噪聲大小和有效頻率。這個有效頻率設(shè)置到多大沒有定論,但是目前主流的數(shù)字電路板上去耦一般會設(shè)計到百兆數(shù)量級,我個人覺得數(shù)字電路板上的電源噪聲測試帶寬應(yīng)該是與此一個數(shù)量級。
回答20(來自ZTE):
看了郵件,覺得電源噪聲說法太籠統(tǒng),看文章的內(nèi)容,題目應(yīng)該是:PDN的?I噪聲測量。有兩層含義:其一,測試點在非理想電源地平面上,非電源模塊側(cè);其二,噪聲來源應(yīng)該是IC的開關(guān)造成的。要把評價電源模塊噪聲特性與評價PDN的概念區(qū)分開來。
電源噪聲/電源紋波的說法容易產(chǎn)生歧義,電源工程師關(guān)心的是電源模塊本身的噪聲與紋波指標(biāo),SI/PI工程師更關(guān)注PDN(電源分配網(wǎng)絡(luò))的噪聲指標(biāo),這個噪聲是由于IC的開關(guān)造成的,業(yè)界也稱為?I噪聲,有個經(jīng)典的公式說明PDN的噪聲來源:其一是dI,其二是供電回路電感L(在回路非理想時,阻抗不為零,電感是一定有的),PI設(shè)計就是盡可能控制這個L。
PDN的測試結(jié)果應(yīng)該是含開關(guān)電源模塊噪聲的,開關(guān)電源本身的噪聲在頻域和?I噪聲是可以區(qū)分開來的。
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