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电源噪声测量中的陷阱之探头负载和带宽

  发布时间: 2021-07-01      浏览量:140
示波器探头,电源纹波探头,示波器电流探头

       在测量电源噪声中我们会面临各种挑战,包括RF干扰和信噪比(SNR),接下来我们来看如何在测量中实现高带宽,同时最大限度地减少DUT上的电流负载?鉴于DUT是电源轨,我们不希望从它汲取太多电流。但是这两个测量要求是相互矛盾的,它与互连信号的基本特性有关。

      假设探头是一根同轴电缆,示波器的输入阻抗设置为1MΩ,利用次探头探测低阻抗的电源,从该电源发射到探头的任何瞬变,则会遇到1MΩ输入阻抗并反射回来,从而引发振铃(图1)。


示波器探头.png

图1:在低阻抗电源轨和1MΩ输入阻抗之间连接6“长的同轴电缆会在信号采集时产生反射和振铃


       在示波器上看到多少振铃取决于同轴电缆的长度与示波器的带宽,如果想将振铃频率推高到超出您的例如1-GHz示波器的带宽限制,那么需要使用的同轴电缆足够短,以至于它听起来不切实际。它需要小于3英寸长。如果你使用仪器的全部带宽,将会看到显示屏上看到明显的振铃误差。

       所以为了实用起见,我们会使用更长的同轴电缆。只要示波器的1MΩ输入阻抗与电源轨DUT的阻抗之间存在阻抗不匹配,就会产生反射并因此产生振铃。因此,要想不产生振铃误差,你可以获得的最高带宽可能低于预期。

       怎样才能解决这个振铃问题呢?非常简单:在示波器上使用50Ω输入阻抗,这种端接设计用于终止电缆中的反射。

       但这里有一个矛盾:如果在示波器上使用50Ω输入端接,则在电源上将包含50Ω负载。如果测量5 V电压轨,这是示波器中的50Ω电阻可以承受的最高电压,它将消耗100 mA,如果电源提供100 A,这不是问题,但如果它是LDO,最大电流为200mA,示波器将消耗一半的裕量。

       另一种选择是使用10X衰减探头,它有一个1MΩ的示波器输入,因此不会使电源负载过大。如上所述,10X探头将失去20 dB的SNR。一些工程师在探头前端使用450Ω串联电阻来制作“手工”的10X探头,负载是500Ω,同轴电缆仍然有50Ω终端,所以他们都很高兴。但同样,已经引入了10倍衰减,为了阻抗匹配牺牲了SNR。

       使用同轴探针可以测量高带宽,但为此,需要50Ω的负载,但这会使电源负载过大,并且我们无法探测超过5 V的电源。通常,测试和测量都会涉及妥协,在某种程度上,每种测量方案都将决定如何平衡这些要求以获得最有意义的结果。

       普科科技PRBTEK在这里提醒工程师们克服这些挑战的方法是使用有源探头,有源电源轨探头在低频时具有高阻抗,因此它们不会使电源轨负载过大,而在50Ω示波器输入终端电阻中引入一个带有隔直电容的并联高通滤波器。此外,有源电源轨探头通常可以承受高达30V的电压,并且能够产生大的偏移。如果您在使用过程中有什么问题,欢迎访问普科科技PRBTEK官网www.prbtek.com


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