电子产品世界

二、电源噪声的频谱成分分析

在准确测量到电源噪声的波形后，可以计算出噪声的峰峰值，如果电源噪声过大，则需要分析噪声来自哪些频率，这时，需要对电源噪声的波形进行FFT，转化为频谱进行分析。FFT中信号时间的长度决定了FFT后的频谱分辨率，在力科示波器中，支持业界最大的128M个点的FFT，能准确定位电源噪声来自于哪些频率（其频谱分辨率是同类仪器的40倍以上）。


图6测量某3.3V的电源噪声






图7某1.25Gbps信号的抖动和眼图测试结果


如图6所示为某光模块的3.3V电源的噪声。其噪声的频谱最高点的频率为311.6KHz。这个光模块输出的1.25Gbps光信号的抖动测试中发现了同样的312KHz的周期性抖动。在图7中可以看到，把1.25G串行信号的周期性抖动分解后(Pj breakdown菜单)，发现312KHz的周期性抖动为63.7皮秒，在眼图中也明显可以观察到抖动。通过这个案例说明，电源噪声很可能导致一些高速信号的眼图和抖动变差。对电源噪声进行频谱分析，能有效定位噪声的来源，指引调试的方向。
在使用示波器测量电源噪声时，为了保证测量精度，需要选择足够的采样率和采集时间。推荐采样率在500MSa/s以上，这样奈科斯特频率为250M，可以测量到250MHz以下的电源噪声，对于目前最普及的板级电源完整性分析，250M的带宽已足够。低于这个频率的噪声可以使用陶瓷电容、PCB上紧耦合的电源和地平面来滤波。而高于这个频率的只能在封装和芯片级的去耦措施来完成了。
波形的采集时间越长，则转化为频谱后的频谱分辨率（即delta f）越小。通常我们的开关电源工作在10KHz以上，如果频谱分辨率要达到100Hz的话，至少需要采集10ms长的波形，在500MSa/s采样率时，示波器需要500MSa/s * 10 ms = 5M pts的存储深度。

三、12位ADC示波器对电源噪声测量的应用价值
力科在推出其新款高带宽示波器（45GHZ的带宽、120GS/S的采样率、768MS的存储深度）的同时，也在提升其低中端示波器的性能。不仅对老款型号的WaveSurfer Xs系列、WaveRunner Xi系列示波器进行了更新（WaveSurfer Xs-B，WaveRunner 6Zi），新款产品不仅指标有了进一步的提升，而且速度性能、分析能力、触发方法都有了相当程度的提升。除此以外，为了应付电子行业越来越多的小信号的测量，力科还划时代的推出了其12为ADC的实时数字示波器WaveRunner HRO 6Zi。具体型号和指标如下：
l
有400MHZ带宽和600MHZ带宽两种型号
l每个通道2GS/S的采样率
l最大存储深度256MS
l12位ADC位数（ERES软件增强为15位）
l具有和高端示波器相当的速度性能、函数测量及分析功能、高级FFT运算功能、高级触发功能等

使用12位示波器测量电源噪声等小幅度信号时可得到更好的量化误差，信噪比更好，能够更好的分辨出电源噪声。如下图9所示为8位的示波器和12位的示波器对噪声测试结果的的对比。

图8Lecroy WaveRunnerHRO 6Zi


图9 8位示波器和12位示波器对噪声测试的对比

五、小结
本文简要介绍了电源噪声测试中的注意事项和分析方法以及力科示波器最新推出的12位ADC示波器WaveRunner HRO 6Zi。使用更高位数的数字示波器，将减小主要影响电源噪声测试精度的量化误差，再注意选择合适的探头衰减倍数、以及地环路等因素，将有利于更加准确的测量小电压的电源噪声。

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关键词： 胡为东小电压电源噪