這篇文章以實際測試案例說明了測量電源紋波和測量電源噪聲在示波器帶寬要求上的不同及不同帶寬所引起的測量結(jié)果的巨大差異。文章給出了堅硬的結(jié)論和測量結(jié)果。

項目描述

硬件電路的很多問題都和電源相關，好的電源設計對于整個硬件電路至關重要；這篇文章是從一個實際的案例來談一談如何使用示波器較準確的測量電源的噪聲。 

測量對象是在市場上購買的一款 IPAD 擴容外設。此設備是通過在 IPAD 上安裝對應的 APP，在充電口加入外圍模塊來實現(xiàn)對 IPAD 的擴容。

這一款設備所用的存儲介質(zhì)是 MicroSD 卡。我們對其中 MicroSD 卡存儲部分的信號進行檢測，檢測這一部分回路是否符合 SD 規(guī)范。在使用示波器檢測 SDVCC 電壓的時候，根據(jù)對電源紋波的測量經(jīng)驗，測量電源紋波一般應限制 20MHZ 帶寬。但使用 20MHZ 帶寬限制與全帶寬 500MHZ 測量的值差別很大。那么，在此處測量 SDVCC 的電壓，是否應該把帶寬限制在 20MHZ？

問題解決

此電路非常簡單，就是通過 IPAD 的供電口以及數(shù)據(jù)傳輸線對產(chǎn)品進行擴容；首先來測量產(chǎn)品給 SD 供電的電壓波形。按照存儲芯片 MicroSD 卡供電要求的范圍：2.7V-3.6V；不允許超出此范圍，否則，芯片在不穩(wěn)定的電壓下工作會有比較大的風險，甚至會對卡片的正常工作帶來影響。

首先需要考慮的是示波器的設置，究竟是否需要進行 20MHZ 的帶寬限制？詳細的使用環(huán)境如下圖所示：

IPAD 剛引出來的那個端口可以當做電源的源端，而通過后端的外圍模塊后在末端進行測試的時候，電源通過了一段 PCB 走線，包括一些芯片回路，應該存在高頻的噪聲，如果采用 20MHZ 的帶寬限制，實際上是將原本屬于模塊的噪聲給濾掉了，為此，我們進行了對比測試進行驗證：

第一步，我先驗證 IPAD 的供電端在工作時的輸出，如下圖：

通過直接驗證 IPAD 的輸出口的電壓,保證源端的供電是正常的；通過測試，我們發(fā)現(xiàn)在源端測量的電壓值在 3.4V（500MHZ 帶寬測量）左右，峰峰值最大 29mV，是非常穩(wěn)定的供電；

因此，可以排除源端供電的問題，接下來，我們直接在通過整個模塊后在 MicroSD 卡的供電腳 SDVCC 對電壓進行測量，如下圖：

當我們在圖片上的點進行測試的時候，發(fā)現(xiàn)在電源上有相當大的噪聲，使得電壓超出了規(guī)范要求的范圍，最大值達到了 3.814V，峰峰值最大達 854mV；

但當我們將示波器設置為 20MHZ 帶寬的時候，電源變的非常好，完全在供電要求的范圍內(nèi)；

正如在本文開頭描述的，在本次電源測試過程中，已經(jīng)不是電源紋波測量，而應該是噪聲。類似這類電源電壓的測量，如按照限制 20MHZ 帶寬進行測試，會給測量分析帶來誤判（因為確實存在比較大的噪聲 / 電壓波動），示波器的前端濾波會將產(chǎn)品本身所存在的噪聲給濾掉了；因此，我們采用了 500MHZ 的滿帶寬進行測試；

但是，通過以上的測試方式是否真實反映了產(chǎn)品的噪聲大??？另外，采用標配的無源探頭進行測試會對測量結(jié)果帶來多大的偏差？是否在可接受的范圍內(nèi)？還需要進一步的驗證； 

我們采用了不同接地環(huán)路對相同的測試點進行了測量。帶彈簧地的測試回路減少了信號的回流路徑，測試結(jié)果會比直接用原來標配的 6 英寸的效果要好些，但二者的差別較小，而測出來的 3.8V 的最大值似乎不夠準確（經(jīng)驗判斷）；之前在示波器操作培訓時也了解到示波器標配的 10:1 的無源探頭會對信號測量帶來較大的偏差，10:1 的衰減會將示波器的底噪提高 10 倍；因此，我們將采用 1:1 衰減，50 歐姆的同軸線纜對產(chǎn)品再次進行測量，以保證準確的反映產(chǎn)品的真實狀況，以便于對測試結(jié)果進行分析，如下圖：

采用 1:1 的同軸電纜可以將信號傳輸?shù)穆窂綔p小，另外，示波器直接設置為 1:1 衰減，避免了軟件算法對示波器底噪的放大，因此帶來最準確的測量結(jié)果；

采用同軸線纜測試的結(jié)果，最大值為 3.645V，比使用無源探頭 3.814V 的測量值相差 0.169V?？梢娫谛枰龇浅＞珳实臏y量的時候，應選擇同軸線纜來測量，盡量減小測量誤差。

總結(jié)

本文主要是從測試的角度來分析討論應該如何去測試“電源”噪聲。通過以上分析可以得出以下結(jié)論：

1. 如果按照以往電源紋波的測試方法，直接選擇 20MHZ 的帶寬進行測試，將無法正確地反映出電源的真實狀況。在諸如此類的電源電壓的監(jiān)控測量中，應考慮到其他高頻噪聲的干擾，不能把示波器帶寬限制在 20MHZ。測試一個電源電壓波動應選擇怎么樣的帶寬，要具體問題具體分析，要正確判斷是測量紋波還是噪聲，對應地選擇如何設置示波器。

2. 如需要更加精準地測量，需要減小示波器 10:1 無源探頭帶來的誤差影響，應使用 1:1 衰減的同軸線纜進行測量。