浅析电源噪声的探测方案

隔直电容的选择

从电路理论来分析，在图3中的隔直电容与示波器的50欧电阻组成的电路是一个带通滤波器，在低频时，可忽略电容的等效串联电感ESL，隔直电容与示波器通道的50欧电阻组成RC电路，其低频的3dB截至频率为，随着频率升高，电容的ESL以及探头中的寄生电感的影响越来越大，电感的感抗随着频率增加而增大，其高频的3dB截至频率跟探头和电容的寄生电感相关，接下来我们使用SPICE软件来仿真三种不同隔直电容时的频响曲线。

下表1为Murata的三种陶瓷电容的等效串联电阻ESR和等效串联电感ESL，为了便于分析问题，在仿真和计算过程中做了一些简化，没有考虑在不同DC BIAS电压时电容容值的变化，也没有考虑探测部位、表贴电容引入的寄生电感，使用HSPICE仿真频响曲线结果如下图4所示：

图4中，X轴为频率的对数坐标，Y轴为幅度，黄色、红色、灰色依次为100uf、1uf、10nf电容时电路的频响曲线，容值越大，电路低频截至频率越低，图4中3个marker为3根曲线的3dB低频截至频率点。可见，100uf的低频截至频率为31.7Hz，1uf电容的低频截至频率为3.17KHz，10nf电容的低频截至频率约为318KHz。如果没有仿真软件，也可以通过公式直接计算，如下计算了100uf电容的低频截至频率，与仿真结果完全一致。

由于开关电源噪声在几百KHz，因此，建议使用1uf以上的隔直电容。

在上面的电路仿真与计算时，为了简化电路的计算与分析，忽略了如下因素：

1. 从DUT的探测点到示波器通道的50欧同轴电缆

2. 探针、表贴电容引入的寄生电感

3. 陶瓷电容在不同DC偏置电压时容值会变化

针对以上3因素的解释为：

1. 测试所用电缆的长度通常在0.5米以上，目前常用的这类电缆带宽都在1G以上，通过仿真分析，对上述电路频响影响有限，只会在频响曲线中高于几百MHz的频段产生幅度较小的振荡;

2. 寄生电感增大时会降低高频截至频率，图4中频率响应右边的滚降曲线会向低频方向移动;

3. 容值较大的电容在有DC电压偏置时，容值变化较大，比如上面的Murata的100uf电容(1210/X5R/6.3V)，加1.5V偏置电压时，容值只有53uf，几乎少了一半，因此，测量电源噪声时，需要核对所用隔直电容的相关参数

总结：对于低电压电源噪声测试，最理想的测试方法时使用低噪声的示波器加50欧的无源传输线探头，如果所用示波器必须加隔直电容时，需选择合适的电容，避免隔直电容过滤部分待测试的噪声。