泰克示波器4、5和6系列MSO低噪聲紋波探頭測(cè)量入門(mén)

當(dāng)今大多數(shù)電子設(shè)計(jì)都要求不同的供電電壓才能正確 運(yùn)行。事實(shí)上，一塊電路內(nèi)部許多元器件都要求多種 電壓，特別是高度集成的片上系統(tǒng)及多種技術(shù)接口在 一起的微處理器設(shè)計(jì)。 由于許多因素，執(zhí)行 DC 低噪聲紋波探頭測(cè)量正變得 越來(lái)越困難，比如：

功率效率功能，如功率門(mén)和動(dòng)態(tài)電壓和頻率定標(biāo)或 DVFS

動(dòng)態(tài)負(fù)載，擁有快速瞬態(tài)信號(hào)

串?dāng)_和耦合提高

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，上升時(shí)間更快 這就產(chǎn)生了一個(gè)重要問(wèn)題：面對(duì)所有這些挑戰(zhàn)，怎樣 才能保證系統(tǒng)的每個(gè)部分都獲得正確的功率，來(lái)滿足 其需求？

首先，我們?cè)谡w上看一下低噪聲紋波探頭及其部分 特點(diǎn)。 非常重要的一點(diǎn)，是要看一下每條 DC 線路，看提供 的功率是否位于目標(biāo)系統(tǒng)或器件的容差頻段內(nèi)，包括 線路的標(biāo)稱(chēng) DC 值，以及存在的任何 AC 噪聲或耦合。 AC 噪聲是一種低噪聲紋波探頭信號(hào)，可以進(jìn)一步細(xì) 分成寬帶噪聲、周期性事件和瞬態(tài)事件。

所有這三個(gè)噪聲源都影響著到達(dá)器件的功率質(zhì)量，因 此應(yīng)降低噪聲源，以使目標(biāo)器件能夠正確運(yùn)行。

在最大限度地降低這些噪聲源之前，您需要能夠看到 噪聲源，并準(zhǔn)確地測(cè)量噪聲源。但低噪聲紋波探頭測(cè) 量帶來(lái)了許多獨(dú)特的測(cè)量挑戰(zhàn)，因此必須考慮以下幾 項(xiàng)因素：

帶寬要求

系統(tǒng)噪聲和附加探頭噪聲

AC 或 DC 輸入耦合的影響

低噪聲紋波探頭負(fù)載挑戰(zhàn)

帶寬

看一下許多配電設(shè)計(jì)，測(cè)量系統(tǒng)擁有幾十 MHz 帶 寬似乎就夠了。大多數(shù)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)頻率是幾百 kHz，最高的可達(dá)幾 MHz。物理設(shè)計(jì)和器件越大，其 運(yùn)行的供電電壓越高，對(duì)噪聲的靈敏度越低。因此， 20MHz 以上的噪聲成分幾乎不是問(wèn)題。

現(xiàn)在，隨著設(shè)計(jì)尺寸和供電電壓縮小，容差也在縮小。 我們?cè)诜治雠潆娋W(wǎng)絡(luò)時(shí)，更多地是把它作為傳輸線環(huán) 境來(lái)看待，考察的是交叉耦合、線路阻抗和共振區(qū) 。

必需注意，電源轉(zhuǎn)換器件的基礎(chǔ)開(kāi)關(guān)頻率可能相對(duì)較 慢，但邊沿速度和上升時(shí)間一般要快得多，以幫助降 低開(kāi)關(guān)損耗。這些邊沿和其他干擾源可能會(huì)激發(fā)配電 網(wǎng)絡(luò)，以高得多的頻率產(chǎn)生噪聲和諧波。視目標(biāo)器件 和電路功能，更高階諧波可能會(huì)干擾操作。因此，選 擇的示波器和探頭必須擁有足夠高的帶寬，以查看 這些事件，診斷與高頻干擾有關(guān)的問(wèn)題。泰克提供 1 GHz 和 4 GHz 低噪聲紋波探頭，直接滿足了這一需求。

選擇適當(dāng)?shù)倪B接進(jìn)行測(cè)量 在評(píng)估低噪聲紋波探頭使用的探測(cè)解決方案時(shí)，必需 注意，DUT 連接是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)測(cè)量時(shí)最大的單一推動(dòng)因 素。如果連接能夠?yàn)榻拥靥峁┑碗姼新窂剑覔碛凶?低有效電容，那么它不僅可以降低振鈴，還可以提供 最高帶寬。這些連接一般通過(guò)焊接轉(zhuǎn)接頭和高性能連 接器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)需要在非預(yù)計(jì)的測(cè)試點(diǎn)上進(jìn)行重復(fù)測(cè)試時(shí)，微型同軸電纜和軟焊接轉(zhuǎn)接頭為被測(cè)器件 提供了半永久連接。在工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)測(cè)試時(shí)，小型 RF 連接器，如泰克低噪聲紋波探頭中提供的 MMCX 電纜，為信號(hào)提供了可重復(fù)的、可靠的接入路徑。這 些連接提供了最佳的信號(hào)保真度，但它們并不是隨手 可得，因?yàn)槠湟笮薷哪繕?biāo)器件，或在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)規(guī) 劃測(cè)試點(diǎn)。為了更快、更方便地進(jìn)行探測(cè)，可以使用 點(diǎn)測(cè)探頭和轉(zhuǎn)接頭。泰克提供了 TPRBRWSR1G，工 程師在需要快速接入帶寬高達(dá) 1 GHz 的信號(hào)時(shí)，可以 使用這一設(shè)備。它帶有小型元件夾和方形引腳轉(zhuǎn)接頭， 幫助工程師更簡(jiǎn)便地連接測(cè)試點(diǎn)。

在選擇連接方式時(shí)，要注意的最后一項(xiàng)是將要進(jìn)行測(cè) 試的環(huán)境。許多系統(tǒng)驗(yàn)證工程師需要在極端溫度下測(cè) 試其設(shè)計(jì)。專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的極端溫度電纜和焊接尖端，比 如 TPR4KITHT 自帶的電纜和尖端，可以在 -55℃到 +155℃范圍內(nèi)處理器件測(cè)試。

管理測(cè)量系統(tǒng)和環(huán)境噪聲

獲得基準(zhǔn)

隨著供電電壓變得越來(lái)越小，由于工藝形狀不斷縮小， 必須進(jìn)行低噪聲測(cè)量，以查看 DC 電源上存在的小的 方差。此外，許多設(shè)計(jì)對(duì)待功率完整性的態(tài)度越來(lái)越 嚴(yán)肅。其帶來(lái)的影響之一，是每個(gè)電源的容限越來(lái)越 緊張。為測(cè)量這一特點(diǎn)，示波器不僅要有超低噪聲， 以查看這些事件，而且連接到示波器上的任何探頭給 測(cè)量帶來(lái)的噪聲也應(yīng)非常小。測(cè)量設(shè)備增加的噪聲越 小，看到的信號(hào)即器件實(shí)際行為的信心也就會(huì)越高。 對(duì)儀器和連接的任何探頭進(jìn)行基準(zhǔn)噪聲測(cè)量，可以讓 用戶了解整體系統(tǒng)噪聲性能。簡(jiǎn)單的測(cè)量，比如在沒(méi) 有應(yīng)用信號(hào)時(shí)輸入上存在的電壓的峰峰值和 RMS，可 以迅速比較探測(cè)系統(tǒng)的附加噪聲 。

垂直標(biāo)度設(shè)置對(duì)噪聲性能的影響

儀器的噪聲性能會(huì)隨著垂直靈敏度設(shè)置放大而放大， 靈敏度范圍越高，噪聲性能越好。使屏幕上顯示的信 號(hào)達(dá)到最大，儀器可以提供更高的分辨率，可以更準(zhǔn) 確地表示信號(hào)。垂直靈敏度范圍越低，信號(hào)上呈現(xiàn)的 峰值噪聲就會(huì)更多地高于實(shí)際情況 。

其他降噪方法

泰克 4、5 和 6 系列 MSO 上的 High Res 等功能允許 用戶使用額外采樣率，來(lái)生成分辨率更高的樣點(diǎn)，從 而進(jìn)一步降低噪聲。它根據(jù)當(dāng)前采樣率應(yīng)用獨(dú)特的有 限脈沖響應(yīng) (FIR) 硬件濾波器。這些 FIR 濾波器保持 采樣率一定時(shí)的最大帶寬，同時(shí)抑制假信號(hào)。與其他 波形平均方式相比，High Res 模式的優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)時(shí) 操作，從而可以進(jìn)行瞬態(tài)事件和單次測(cè)量。

使負(fù)載達(dá)到最小

探頭阻抗對(duì)低噪聲紋波探頭測(cè)量有什么影響

在進(jìn)行功率完整性測(cè)量時(shí)，探測(cè)低噪聲紋波探頭的挑 戰(zhàn)在于選擇的探測(cè)方法既要能夠看到 DC 電源上的高 頻 AC 成分，又要注意不會(huì)給信號(hào)的 DC 部分帶來(lái)太 多負(fù)載，以免測(cè)量不準(zhǔn)確或干擾器件操作。高阻抗探 頭為 DC 情況提供了最佳負(fù)載，但通常會(huì)帶來(lái)過(guò)多的 噪聲，而且沒(méi)有必要的帶寬來(lái)查看關(guān)心的高頻事件， 同時(shí)還會(huì)給信號(hào)帶來(lái) DC 耦合。50W 傳輸線為低噪聲 紋波探頭上的高頻信號(hào)提供了完美的負(fù)載，但承擔(dān)著 DC 信號(hào)低阻抗分壓器的職責(zé)。

進(jìn)行低噪聲紋波探頭測(cè)量時(shí)使用的理想探頭應(yīng)在 DC 中提供非常高的電阻，在 AC 中提供 50W 傳輸線。泰 克 TPR4000 和 TPR1000 低噪聲紋波探頭提供了 50 kW 高 DC 阻抗，并在更高頻率時(shí)跳變到 50W。這同時(shí) 實(shí)現(xiàn)了兩大優(yōu)勢(shì)，避免了其他探測(cè)方案的局限性。

小結(jié)

隨著功率完整性需求不斷提高，低噪聲紋波探頭分 析將繼續(xù)作為工程師使用的一項(xiàng)重要工具。泰克 TPR4000 和 TPR1000 采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，解決了查看 DC 電源時(shí)面臨的獨(dú)特的測(cè)量和連接挑戰(zhàn)。這些設(shè)備與泰 克示波器的捕獲和測(cè)量功能相結(jié)合，為工程師提供了 完美的低噪聲紋波探頭分析工具。