用示波器测量電源噪声的方法(1)

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現在的電子設計愈来愈趋势與切换速率加速，封装上會有更多的引脚，旌旗灯号幅度更小。是以設計职員在從手機到辦事器等新的数字電路設計中會更注重電源噪声。及時示波器通經常使用来丈量電源噪声。本文将讲述阐發電源噪声的技能，评估電源噪声测试的东西。

因為切换速率和旌旗灯号转换速度增长，装备上必要切换的引脚数量愈来愈多，電源中引入了更多的切换噪声。同時，電路也变得愈来愈受電源噪声影响。削减单元距离象征着削减時候裕量。减小旌旗灯号幅度會转為削减噪声裕量。對所有工治療濕疹藥膏，程上會碰到的問题，理解問题并切确的丈量数据才能解决問题。

在抱负的环境下，電源是不會有噪声的，那末電源噪声是怎样發生的呢？

除因為热進程不成防止引發的高斯噪声（凡是這不是噪声的重要部門）以外，所有的電源噪声城市有一到两個源。開關電源會造成不但愿的噪声，這些噪声凡是會在開關怀换频率的谐波或和切换频率一致。當門電路和输出引脚驱動開關時，會要從電源上获得電流。這是大大都数字電路中的噪声源。這些切换固然會随機的產生，可是會趋势于和體系時钟一致。當咱们把這些看出是叠加在電源上的“旌旗灯号”而不是“噪声”的時辰，阐發就會变得简略有用。

因為電源噪声带宽很大，設計师更偏向于用示波器来丈量電源噪声。咱们會在後面讲述示波器對噪声缘由阐發的怪异感化。

及時高带宽数字示波器和高带宽探头本身也有噪声，這個必需要斟酌。若是你要丈量的電源噪声和示波器和探头的噪底是在一個数目级上的话，你的丈量的切确度就會有問题了。本文就要會商關于示波器噪底的更多信息。

此外一個問题是動态范畴。電源是直流電压，上面的交换噪声占直流電平的比例很小。有些示波器很探头就會碰到問题，要設置好偏置，要很好的探测才能获得更好的觀测噪声，才能是示波器本身的噪底很小。下面就讲一讲示波器本身的噪声。

圖1. 噪声源

如圖1所示。示波器探头體系中有2個重要的噪声源。示波器的输入放大器缓和冲電路會造成噪声，探头放大器本身設計也會带来噪声。

所有的示波器都有衰减器来调解垂直标的目的缩放系数。在衰减器以後噪声會呈現。以是當衰减器的比例是其他任何不為1:1的比例時（也就是示波器最敏感的硬件范畴），噪声在输入接头处會响應的被放大。比方，若是一個示波器在没有衰减器的時辰，最小的敏感范畴是5mV/格。假設示波器在调成5mV/格時噪底均方根是500uV。把最小敏感范畴调理成50mV/格時，示波器在输入出串連了一個10:1的衰减器，噪声在输入出就會酿成均方根為5mV（500uV乘以 10）.

是以，應當利用示波器最小的敏感范畴来防止“放大”示波器本身的噪声。

示波器探头的噪声是在示波器衰减器的前面，以是不管衰减系数是几多，噪声的進献都是同样的。

在大大都环境下，把示波器调理成最敏感范畴時，探头的噪声會比示波器的噪声大不少。你可能會問：為甚麼還要用探头？大大都電源驱動示波器50欧姆是没有問题的，那末為甚麼還要利用探头引入的不需要噪声呢？問题的缘由是和動态范畴有關。下面举例说。丈量1.5V直流電源噪声時，必要把偏置設成1.5V来把旌旗灯号放在屏幕的中心一样也是放在示波器A/D转换器丈量范畴的中心。在1.5V偏置的环境下示波器最小敏感范畴是100mV/格。在100mV/格時，示波器本身的噪声均方根约莫是3mV。在100mV/格時，你要丈量的噪声只占A/D转换度量程比例的一小部門，你必需要再丈量是知足辨别率的请求。若是利用差分有源探改善視力,头，你可以在把偏置設成1.5V直流電压時，用10mV/格来丈量。

若是示波器支撑AC耦合，動态范畴的問题也能够用AC耦合来解决。若是咽炎貼,你的示波器有50欧姆输入，利用50欧姆同轴電缆和1:1的探头（如後面所示），你可使用一個串行的隔直電容。选擇一個能觀测到最小有效频率的隔直電容。利用AC耦合的独一错误谬误是你没法觀测電源電压的迟钝变革。

此实行中為了摹拟電源中可控的噪声源，咱们用如圖2所示的噪声源。方波摹拟從驱動管脚和其他瞬态卖力引發的切换噪声。正弦波摹拟開關電源噪声。咱们同時也参加了随機噪声来使丈量相干噪運彩即時比分,声变得更坚苦。

圖2.实行設置

起首咱们丈量體系本身的噪声，包含示波器和探头。圖3显示了在没有探头時的噪声。丈量噪声的数目级是均方根800uV。若是咱们要丈量的噪声的数目级是均方根2.4mV或更小，丈量的成果就有問题了，這取决于噪声本身的特征。正交的高斯散布的噪声若是是均方根2.4mV,丈量的成果就是2.4mV平方加 800uV的平方，然後開根号，成果是2.53mV,偏差率约莫是5%。

圖3. 示波器和探头噪声

從另外一方面说，若是噪声是有鸿沟的相联系關系的，咱们可以在更小的幅度上切确的丈量。

圖4显示的“噪声”包含了3種噪声源：正弦波，方波，随機噪声，在這個圖中没有有效的阐發信息。