示波器基础系列之五 —— 电源噪声测试

在电源噪声测试中，还存在示波器通道输入阻抗选择的争议。示波器的通道有DC50/DC1M/AC1M三个选项可选（对于高端示波器，可能只有DC50一个选项）。一些工程师认为应该使用1M欧的输入阻抗，另一些认为50欧的输入阻抗更合适。

在测试中我们发现：如果使用1倍衰减的探头测试，当示波器通道输入为1M欧时，通常其测量出的电源噪声大于50欧输入阻抗的。原因是：高频电源噪声从同轴电缆传输到示波器通道后，当示波器输入阻抗是50欧时，同轴电缆的特性阻抗50欧与通道的完全匹配，没有反射；而通道输入阻抗为1M欧时，相当于是高阻，根据传输线理论，电源噪声发生反射，这样，导致1M欧输入阻抗是测试的电源噪声高于50欧的。所以，测量小电源噪声推荐使用50欧的输入阻抗。

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）。

图五 测量某3.3V的电源噪声

如图五所示为某光模块的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。在图六中可以看到，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。

总结：本文简要介绍了电源噪声测试中的注意事项和分析方法。欢迎读者与笔者联系，交流电源噪声测试的技术。