进⾏最佳纹波与噪声测量的五个技巧

　　随着微控制器市场的爆炸式增长，对电源的需求不断增加，导致电源电压降低。降低电源电压有助于降低功耗。许多设计都有3.3V、1.8V甚至1.1V的电源，随着这些电源变得越来越小，这些电源的容差也变得越来越小。容差已从10%降至“1%-5%

　　为了获得高质量直流电源，有必要仔细检查直流电源通道的电压质量和完整性纹波、噪声和瞬变现象，在能够减少它们之前，需要尽可能准确测量它们。其目标是确保电源轨是干净的。从根本上讲，需要测量在直流电源轨上叠加的越来越小、越来越快的交流信号。

　　如图，有⼀个直流信号，并且直流信号顶部周围有⼀个容差带。因此，只要保持在容差带内，配电⽹络就会通过。如果超出容差带，它就会失败，在这种情况下，必须降低噪声，都必须能够看到和测量直流信号顶部的交流信号。这篇文章简介介绍了五个技巧，可帮助获得该交流信号的最佳测量结果。

　　技巧一：选择前端噪声最低的⽰波器

　　所有⽰波器都有⼀些噪⾳。就像任何电⼦设计中固有的噪声⼀样，⽰波器中的任何噪声都会叠加在正在测量的信号之上，这会对您看到的测量值产⽣很⼤的影响。

　　使⽤各家厂商品牌中低底噪⽰波器可以使噪声尽可能少，因此它尽可能不会影响测量。

　　图中显⽰了我们的快速傅⾥叶变换上的极低噪声基底，这要归功于此款⽰波器的低噪声前端。在有些⽰波器上甚⾄不可能看到这种基底，因为它们的本底噪声太⾼。

　　技巧二：使⽤1:1探头

　　⽰波器探头具有多种衰减⽐。该⽐率定义了信号在屏幕上显⽰之前被分割的程度。例如，10:1探头使您能够测量原本会超过⽰波器最⼤输⼊的信号。

　　衰减的缺点是⽰波器噪声相对于测量信号的⼤⼩也会增加。在图3中，10:1探头和1:1探头在相同的⽰波器设置下测量电源上的相同输出纹波。

　　由于较⾼的衰减率导致信噪⽐降低，10:1探头将测量值⾄少夸⼤了50%。

　　当噪声可能造成问题时，1:1探头可以更准确地测量信号。

　　技巧3：使⽤⽰波器的50Ω输⼊阻抗

　　示波器测量路径包括您正在使用的示波器、示波器输入端接(50Ω或1MΩ)以及接触信号的探头。对于许多示波器而言，50Ω输入是比1MΩ输入端噪声更低的路径。

　　图中显示了50Ω输入和1MΩ输入的噪声水平。50Ω(黄色)显然更小，在本例中是更好的选择。

　　不连接任何探头，检查示波器输入端的噪声。接下来，添加探头，将输入短接至地(或在差分探头上将输入短接在一起)，并在连接探头的情况下测量噪声。

　　技巧4：使⽤探头偏移来增加动态范围

　　与直流信号相比，直流电源上的纹波和噪声很可能较小，导致较小的交流信号叠加在相对较大的直流信号之上。偏移是某些示波器和有源探头中的一项功能，可让您从测量的信号中去除直流成分。下图显示了使用和不使用探头偏移时1.8V电源的噪声测量结果。

　　虽然大多数有源探头都提供偏置，但它们的衰减率也很大，这会增加示波器测量系统的噪声。虽然DC阻断器可以阻断DC信号，但它也可以阻断信号中的低频内容。

　　技巧5：尽量减少⽰波器和探头的负载

　　每当示波器探测一个系统时，由于电接触，它就会成为该系统的一部分。这种接触通过创建一条额外的接地路径来改变您正在测量的系统的行为。测量小信号时，一个目标是尽可能减少测量系统的这种负载。

　　在测量直流电源时，当用户将50Ω同轴电缆连接到电源和示波器的50Ω输入时，会发生过载的常见原因。图中显示了电源轨测量的比较。首先，我们使用数字万用表测量电源轨，得到3.31V的结果。接下来，我们用50 kΩ输入阻抗探测电源，结果仍然是3.31V。最后，我们通过直接连接到50Ω示波器输入来探测电源，电源从3.31V降至3.25 V。有些电源有足够的过剩容量来驱动这个额外的负载，但有些则没有。这个额外的负载可能会影响电源管理集成电路的行为。

　　⽆论您使⽤哪种品牌的⽰波器，我们提供的这些技巧都将有助于最⼤限度地降低⽰波器测量系统噪声并识别直流电源中的噪声和纹波。这些技术与搭配测量直流电源噪声的探头，类似N7020A电源探头，它具有1:1的衰减⽐、±24 V的偏移和50 kΩ的输⼊阻抗。会有更好的测试效果。