低噪声纹波探头对电路设计重要性阐述

       当今大多数电子设计都要求不同的供电电压才能正确运行。事实上，一块电路内部许多元器件都要求多种电压，特别是高度集成的片上系统及多种技术接口在一起的微处理器设计。

      DC 电源噪声的组成成分

      由于许多因素，执行DC低噪声纹波探头测量正变得越来越困难，面对这样的问题，如何才能保证系统的每个部分都获得正确的功率，来满足其需求？

我们首先要考虑以下几项因素：

       1/带宽要求

       2/系统噪声和附加探头噪声

       3/AC或DC输入耦合的影响

       4/低噪声纹波探头负载挑战

一、带宽

       现在，随着设计尺寸和供电电压缩小，容差也在缩小。我们在分析配电网络时，更多地是把它作为传输线环境来看待，考察的是交叉耦合、线路阻抗和共振区。

      必须注意，电源转换器件的基础开关频率可能相对较慢，但边沿速度和上升时间一般要快得多，以帮助降低开关损耗。这些边沿和其他干扰源可能会激发配电网络，以高得多的频率产生噪声和谐波。视目标器件和电路功能，更高阶谐波可能会干扰操作。

       因此，选择的示波器和探头必须拥有足够高的带宽，以查看这些事件，诊断与高频干扰有关的问题。泰克提供1GHz和4GHz低噪声纹波探头，直接满足了这一求。

二、管理测量系统和环境噪声

      随着供电电压变得越来越小，由于工艺形状不断缩小，必须进行低噪声测量，以查看DC电源上存在的小的方差。此外，许多设计对待功率完整性的态度越来越严肃。其带来的影响之一，是每个电源的容限越来越紧张。

为测量这一特点，示波器不仅要有超低噪声，以查看这些事件，而且连接到示波器上的任何探头给测量带来的噪声也应非常小。测量设备增加的噪声越小，看到的信号即器件实际行为的信心也就会越高。

       通道 1( 黄色轨迹 ) 是一条没有输入的示波器通道，通道 2（蓝色轨迹）是输入短路的 TPR1000。注意在 1GHz 带宽时， 探头只给示波器输入增加了 17µV 的噪声。

三、选择适合的示波器输入耦合设置

      许多设计拥有大容量供电电压，会通过各种DC/DC转换器滤除获得各种IC和系统要求的供电电压。一般来说，大容量供电电压要比IC需要的电压高出很多倍。

       数据中心通常会通过12、24或48V DC电源为服务器供电，然后再在主板上转换成其他供电电压。能够查看链条上从供电输出到IC引脚的每个环节，可以帮助工程师识别从其他电压域传递过来的噪声。

汽车信息娱乐供电系统示意图 服务器供电系统示意图

       正因如此，选择的探头必需提供足够的偏置，来查看配电网络中测试的所有轨道。这很难实现，因为许多示波器前端根据选择的垂直灵敏度来限制提供的偏置。因此伏特/ 格的设置越低，仪器的偏置越小。高衰减探头通常拥有更多的偏置功能，但如前所示，其拥有的噪声一般要高于低衰减探头。

       使用示波器AC耦合可以避免处理DC偏置，其消除了信号的DC成分，但这也会挡住可能发生的低频事件，比如电压衰落。

       以上内容由普科科技PRBTEK整理，公司致力于示波器测试附件配件研发、生产、销售，涵盖产品包含电流探头、差分探头、高压探头、无源探头、电源纹波探头、柔性电流探头、近场探头、逻辑探头、功率探头和光探头等，满足客户多样化测试需求。普科科技PRBTEK官网：www.prbtek.com