前言
在探測(cè)嵌入式系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)（PDN）時(shí)，有許多要注意的事項(xiàng)，通常要測(cè)試的信號(hào)是浮在大電壓上的很小信號(hào)，必須很好地理解和管理測(cè)量系統(tǒng)的噪聲。信號(hào)路徑中的阻抗不匹配會(huì)引起高頻成分的反射，某些探測(cè)方式可能無法提供足夠的偏置范圍以匹配大的DC電壓，帶寬限制會(huì)無法捕獲和表征高頻噪聲。而且，由于PDN的直流阻抗通常低至1Ω甚至更低，因此低阻抗探測(cè)方式可能會(huì)在DUT上施加過大的負(fù)載。在本文，我們將討論使用力科12位高清示波器的各種電源噪聲探測(cè)方式，以及如何選擇更好的測(cè)試方式。
電源噪聲探測(cè)方式概述
一般而言，使用高精度示波器測(cè)試電源噪聲有五種方式（表1）：
與大多數(shù)示波器一樣，力科所有12位高精度示波器都標(biāo)配有一組10MΩ無源探頭，這種探頭的帶寬通常為500 MHz，連接到1MΩ耦合示波器輸入時(shí)，探頭的高阻抗可提供良好的直流負(fù)載特性。10MΩ無源探頭必須考慮接地，使用典型的3英寸接地導(dǎo)線會(huì)導(dǎo)致很高的RF干擾以及高電感和信號(hào)振鈴，通常最好使用較短的彈簧型接地線。它具有較小的“天線”效應(yīng)，因此具有較少的RF拾取以及較短的電感環(huán)路，可減少振鈴。
10MΩ無源探頭具有10：1的衰減，這意味著信號(hào)衰減了10倍，但測(cè)量系統(tǒng)中的噪聲不受影響---因此，SNR比1：1探頭或直接連接低了20 dB。從圖1可以看出，由于10：1衰減，信號(hào)顯示為80 mV滿量程，在這種情況下，靈敏度限制為10 mV / div或更高。注意：為了比較所有五種方式的噪聲性能，我們將每種方法都應(yīng)用到相同的900mV電源軌，為了公平比較，所有信號(hào)的帶寬都限制在500 MHz以內(nèi)，并在所需的偏置下，調(diào)整垂直靈敏度，以使SNR最大，在每個(gè)示例中，下方的波形為5 mV / div的放大。使用高精度示波器測(cè)試電源軌的第二種方式是同軸線纜連接到示波器的1MΩ輸入，無論是設(shè)計(jì)到DUT中還是通過焊接連接，與DUT的同軸連接的主要優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)：連接的高帶寬和較小的接地環(huán)路，以實(shí)現(xiàn)低RF拾取。圖2描繪了使用同軸線纜與示波器的1-MΩ輸入連接測(cè)量900 mV電源軌的結(jié)果，在沒有衰減的情況下，這種方法可實(shí)現(xiàn)高SNR，但從50Ω同軸電纜到1MΩ輸入的阻抗不連續(xù)會(huì)引起反射。力科的HD4096示波器具有高偏置能力，這意味著能夠充分偏置輸入，以匹配900 mV的電源軌，同時(shí)保持最大的垂直靈敏度。
第三種方式是使用同軸線纜與示波器的50Ω連接，與前面方法不同之處在于它提供了更高的帶寬。但是，它提供的低偏置范圍對(duì)于某些示波器可能是個(gè)問題。當(dāng)50Ω示波器輸入加載到具有極低阻抗（遠(yuǎn)小于1Ω）電源軌時(shí)，也可能存在負(fù)載問題。通過同軸連接到高精度示波器的50Ω輸入來測(cè)量900 mV電源軌，還可以實(shí)現(xiàn)較高的SNR，而力科的HD4096高精度示波器具有足夠的偏置能力，可以偏置示波器的輸入而不會(huì)產(chǎn)生不利的靈敏度影響。
因?yàn)樵撾娫窜壘哂懈咦杩?，所?/span>50-Ω負(fù)載不是問題，但是，如果它的阻抗很低，那么負(fù)載可能是一個(gè)重大問題。探測(cè)方式4是10：1同軸探頭，可以使用同軸電纜和450Ω電阻自制，也可以購(gòu)買，當(dāng)與示波器的50Ω耦合輸入連接時(shí)，10：1同軸探頭會(huì)以10：1的比例將輸入信號(hào)衰減。有效帶寬可能非常高，這取決于與DUT的連接質(zhì)量。但是，10：1同軸探頭與10MΩ無源探頭具有相同的20dB噪聲損失（圖4），根據(jù)PDN自身阻抗，可能可以承受450 歐姆的負(fù)載。
最后，第五種選擇是電源軌探頭，專門用于探測(cè)電源軌（如力科RP4030有源電源軌探頭），該探頭提供4 GHz的高帶寬，低噪聲，僅1.2倍的衰減以及±30 V DC的高偏置能力。當(dāng)使用RP4030電源軌探頭測(cè)量900 mV電源軌時(shí)，探頭的1：1衰減實(shí)現(xiàn)了更低的噪聲，而高達(dá)30 V的大DC偏置范圍則足以勝任當(dāng)前的工作（圖5）, 它還在DC上呈現(xiàn)50kΩ的負(fù)載，這意味著不會(huì)從低阻抗電源軌上汲取大量電流。
