最全的电源完整性测试白皮书:第二章 电源完整性时域分析之专用测试探头(附下载)
第一章 电源完整性时域分析之示波器
第二章 电源完整性时域分析之测试探头
第三章 电源完整性频域分析之网络分析仪
第四章 电源完整性仿真域之仿真软件
第五章 电源完整性激励域测试之码型发生器
第六章 电源完整性测试之直流瞬态电压及纹波噪声模拟
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第二章 电源完整性时域分析之专用测试探头
基于同样的原因,在电源测量中也应该尽量使用 1:1 的探头而不是示波器标配的 10:1 的探头,使用 10:1 的探头,示波器的最小量程会被放大十倍,示波器的噪声也会被放大。目前 N7020A 2GHz 1 :1 单端有源探头,N7024A 6GHz 带宽单端有源探头,N2870A 1 :1 35MHz 无源探头是最常被工程师认可的探头。其中 N7020A 是最适合 电源完整性测试的探头,可测量毫伏以及亚毫伏级的信号,N2870A 是最便宜的探头,可测量 10mV 或以上的信号, N2820A 是最精密的探头,即可用作差分探头,也可用作电流探头,电压测量范围为 3uV ~ 1.2V,电流测量范围为 500nA ~ 5A,但带宽仅为 500KHz ~ 3MHz 。
探头带来的噪声是在衰减器前面耦合进来的,在某些不正确的使用方法下,探头可能会带来额外的噪声,一个典型的例子就是使用长地线。为了方便测试,示波器的的无源探头通常会使用 15cm 左右的鳄鱼夹形式的长地线,这对于电源纹波的测试是不适用的,特别是板上存在开关电源的场合。由于开关电源的切换会在空间产生大量的电磁辐射,而示波器探头的长地线又恰恰相当于一个天线,所以会从空间把大的电磁干扰引入测量电路。一个简单的验证方法就是把地线和探头前端接在一起,靠近被测电路(不直接接触)就可能在示波器上看到比 较大的开关噪声。因此测量过程中应该使用尽可能短的地线。
现在很多被测件要求测量出峰峰值为几毫伏的纹波和噪声,比如有些 10Gbps 以上的 SerDes 要求 3mv 峰峰值的电源纹波和噪声。这时候最好用 N7020A 来进行测量,它的直流阻抗为 50K 欧姆,对于毫欧甚至更高阻抗级别的被测电源来说,负载影响很小,测试精度非常高。
这里要强调的一点是,通常电源测试都规定了某个频率范围内的纹波和噪声,比如 20MHz 以内的,但为了分析电源噪声来源,需要在更宽的频率范围内分析,一般示波器的带宽在满足分析要求的同时,还要支持灵活的带宽限制功能,这对于减小高频噪声会有比较好的效果。
电源完整性时域分析大部分情况下,可以使用上面的测试硬件和软件来分析电压纹波,但在较低纹波测量环境(如LDO 输出电压纹波),测试仪器的本地噪声直接影响对系统稳定的判断。因此,是德科技推出 CX3300 电流波形分析,它拥有 14 或 16 比特分辨率,1GSa/s 采样率,超低 150PA 的电流底噪常常用于功耗测试和分析。同时CX1105A 差分传感器同样拥有非常低的电压噪声,底噪小于 20uV(rms)@20MHz,400nV(rms)@2.5kHz。
因此,可以通过 CX3300+CX1105A 差分探头对电源纹波噪声进行测试。
小结一下,对于电源纹波噪声的测试,通常需要注意以下几点:
尽量使用专用的电源测试探头 N7020A
尽量使用小衰减比的探头,如 N7020A,N2820A,N2870A ;
尽量使用示波器最小量程( 硬件实现的量程,不是软件放大 ),以降低示波器本底噪声;
探头的接地线尽量短,构成的环路面积尽可能小
根据需要使用带宽限制功能,低通滤波器和高通滤波器,甚至带通滤波器。
超低波纹、电压和电流噪声测试,可选用 CX3300 进行测试
点击查看:第一章 电源完整性时域分析之示波器
第二章分享结束,下期我们将分享 第三章 电源完整性频域分析之网络分析仪
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