示波器是測(cè)量電源紋波和電源噪聲的必備工具，但在實(shí)際的測(cè)量中，如何選擇合適的帶寬、采樣率，如何選擇探頭、示波器的耦合方式，甚至接地，都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)不一樣的影響，以下總結(jié)了一些來(lái)自具體實(shí)際案例中的關(guān)鍵注意事項(xiàng)。

電源紋波(Power Ripple)和電源噪聲（Power Noise)的定義

目前，關(guān)于電源紋波和電源噪聲其實(shí)并沒(méi)有一個(gè)協(xié)會(huì)給定的標(biāo)準(zhǔn)定義。但是，業(yè)內(nèi)漸漸形成了一個(gè)約定俗成的說(shuō)法，將電源紋波理解為電源模塊包括VRM的輸出電壓的波動(dòng),和復(fù)雜的供電網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，或者說(shuō)是電源輸出的源端（Source端)的電壓的波動(dòng)，電源噪聲則是指電源模塊工作在實(shí)際產(chǎn)品系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)供電分布網(wǎng)絡(luò)將電源能量輸送到芯片管腳處，在芯片管腳處的電壓的波動(dòng)，或者簡(jiǎn)單說(shuō)是電源輸出的末端(Sink端)的電壓的波動(dòng)。

也可以這么說(shuō)：電壓的波動(dòng)在源端叫紋波（Ripple)，在末端叫噪聲（Noise)。

一、示波器帶寬選擇

帶寬是示波器的最重要的一個(gè)指標(biāo)，理論上來(lái)說(shuō)，只要帶寬覆蓋被測(cè)信號(hào)能量的99.9%，測(cè)量的誤差可以小于3%，即是合適的帶寬。因此，業(yè)界也存在著多個(gè)帶寬選擇法則，例如：5倍法則、三倍正弦波頻率、 1.8倍法則 、1/3法則。針對(duì)不同的測(cè)量信號(hào)和測(cè)量要求適用不同的法則。

根據(jù)上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系，似乎可以得出結(jié)論，帶寬越高,測(cè)量的誤差越小。但實(shí)際上，具體的應(yīng)用中并非如此。因?yàn)椋静ㄆ鳟吘共皇且粋€(gè)理想的儀器，測(cè)量系統(tǒng)本身有噪聲。這些噪聲包括放大器的噪聲， ADC的噪聲，有源探頭的噪聲，探頭地線感應(yīng)的空間輻射噪聲及地環(huán)路耦合的傳導(dǎo)噪聲從信噪比的角度理解，只有當(dāng)被測(cè)信號(hào)的能量 遠(yuǎn)大于示波器測(cè)量系統(tǒng)本身帶來(lái)的噪聲能量的 時(shí)候即信噪比足夠大的時(shí)候，選擇的帶寬才是 合適的。電源紋波測(cè)量的帶寬選擇取決于電源開(kāi)關(guān)管的上升時(shí)間，測(cè)量紋波的帶寬等于測(cè)量開(kāi)關(guān)管的帶寬 。一般功率小的電源開(kāi)關(guān)頻率可以達(dá)到1MHz甚至更大，對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)管的上升時(shí)間越小。功率大的電源開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)頻率小，只有100KHz甚至更小，上升時(shí)間大。但是多數(shù)開(kāi)關(guān)管MOSFET上升時(shí)間達(dá)100ns。即使開(kāi)關(guān)管上升時(shí)間只有30ns，1/3的上升時(shí)間也有10ns,而100MHz的示波器的上升時(shí)間只有3.5ns。因此，用100MHz帶寬示波器測(cè)量開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管是足夠的。事實(shí)上，很少有開(kāi)關(guān)管上升時(shí)間只有30ns的，限制帶寬到20MHz就足夠了。這也是很多人所說(shuō)的“在測(cè)量電源紋波時(shí)需要將示波器帶寬限制為20MHz”的道理。當(dāng)然，也有的開(kāi)關(guān)管要求更高的帶寬。例如：新型CoolMOS上升時(shí)間11ns和下降時(shí)間3ns，帶寬要求至少300MHz。二、測(cè)量電源紋波時(shí)采樣率的選擇一般情況下，按照測(cè)量開(kāi)關(guān)管所需要的采樣率選擇即可，對(duì)于多數(shù)MOS管,按照250MS/s就足夠了。記?。翰蓸勇实倪x取原則是測(cè)試感興趣的波形細(xì)節(jié)的上升沿采樣3-5個(gè)點(diǎn)，最好是5個(gè)以上的點(diǎn)，當(dāng)然，高采樣率減少了測(cè)試波形的失真。

三、測(cè)量電源紋波所需要的捕獲時(shí)間

基于電網(wǎng)220V的AC輸入的電源紋波包含了開(kāi)關(guān)頻率和工頻成份; 工頻成份是整流之后的100Hz信號(hào) 。捕獲兩個(gè)完整100Hz周期需要20ms，所以，建議時(shí)基設(shè)置為2ms/div以上。

請(qǐng)牢記：存儲(chǔ)深度=采樣率*采樣時(shí)間

在存儲(chǔ)深度一定的情況下，存儲(chǔ)速度越快，存儲(chǔ)時(shí)間就越短，他們之間是一個(gè)反比關(guān)系。

提高示波器的存儲(chǔ)深度可以間接提高示波器的采樣率：當(dāng)要測(cè)量較長(zhǎng)時(shí)間的波形時(shí)，由于存儲(chǔ)深度是固定的，所以只能降低采樣率來(lái)達(dá)到，但這樣勢(shì)必造成波形質(zhì)量的下降；如果增大存儲(chǔ)深度，則可以以更高的采樣率來(lái)測(cè)量，以獲取不失真的波形。四、測(cè)量所需的示波器底噪越小越好

本底噪聲表示示波器沒(méi)有任何信號(hào)輸入時(shí)的基線幅值。用戶只是用肉眼看基線的粗細(xì)，或是測(cè)量基線的Pk-Pk，SDEV或RMS值。

作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備，如果示波器自身的底噪比較大，那么就很難衡量出被測(cè)信號(hào)的真實(shí)情況。

如果示波器和探頭組成的測(cè)量系統(tǒng)的底噪接近或大于被測(cè)電源紋波/電源噪聲，也就是測(cè)量的信噪比（SNR）太小，電源紋波/電源噪聲被示波器本地噪聲淹沒(méi)了。五、示波器的探測(cè)方式●采用10：1探頭的衰減電路引起的本底噪聲放大10倍問(wèn)題

示波器的輸入阻抗和探頭的阻抗構(gòu)成了一條衰減器電路。示波器會(huì)自動(dòng)檢測(cè)探頭的衰減比并重新調(diào)整示波器的垂直量程設(shè)置，以反應(yīng)出探頭的衰減。采用10：1探頭就意味著示波器當(dāng)前的垂直量程設(shè)置是示波器內(nèi)部放大器輸入的10倍 。信號(hào)被衰減,但噪聲不會(huì)被衰減。軟件將衰減的信號(hào)放大10倍,噪聲也放大10倍。

因此，在選擇探測(cè)方式時(shí)會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果帶來(lái)不同的影響，是選擇10：1無(wú)源探頭 ，還是1：1無(wú)源探頭或1:1同軸電纜，需要結(jié)合自己的實(shí)際情況確定。●1：1同軸電纜對(duì)于微弱的電源紋波/噪聲測(cè)量是必須的使用衰減因子過(guò)大的探頭也會(huì)導(dǎo)致無(wú)法將示波器垂直靈敏度設(shè)置到最小，從而會(huì)帶來(lái)更大的量化誤差。如果使用常規(guī)的無(wú)源探頭或有源探頭，由于衰減因素為10:1，所以最小檔位只能到10mV/div或20mv/div。在20mV檔位時(shí)，底噪通常大于30mV，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)試1.8/2.5等電壓在20mV檔位時(shí)，探頭的offset電壓可調(diào)節(jié)范圍很小,如果使用直流耦合，可能測(cè)量不到某些電壓。六、示波器的耦合方式●AC 1M歐 or DC 50歐+隔直電容？在芯片端的電源和地阻抗通常是毫歐級(jí)別的，高頻的電源噪聲從同軸電纜傳輸?shù)绞静ㄆ魍ǖ篮螅?dāng)示波器輸入阻抗是50歐時(shí)，同軸電纜的特性阻抗50歐與通道的完全匹配，沒(méi)有反射；而通道輸入阻抗為1M歐時(shí)，相當(dāng)于是高阻，根據(jù)傳輸線理論，電源噪聲發(fā)生反射，這樣，導(dǎo)致1M歐輸入阻抗時(shí)測(cè)試的電源噪聲高于50歐。

●負(fù)載效應(yīng)

當(dāng)探頭連接到電路后，它將從電路中獲得能量，然后發(fā)送到示波器。探頭是一種“電路網(wǎng)絡(luò)”，是信號(hào)源必須驅(qū)動(dòng)的一個(gè)額外的“負(fù)載”。

右圖紅線左邊表示待測(cè)電路，當(dāng)接上紅線右邊的探頭之后，探頭從信號(hào)源中吸收電流。 這個(gè)探頭的電路網(wǎng)絡(luò)包括了電阻，電感和電容。

如果探頭阻抗遠(yuǎn)大于被測(cè)電路阻抗（對(duì)于高速電路，一般是50ohm），被探頭吸收的電路就非常非常小，如果探頭的阻抗等于電路阻抗，從被測(cè)電路吸收的電流和被測(cè)電路上流過(guò)的電流一樣。

如果探頭從被測(cè)電路吸收過(guò)多的電流，被測(cè)電路就會(huì)出現(xiàn)工作異常甚至停止正常。通常情況是被測(cè)電路仍然是看起來(lái)比較正常地工作，但是由于電流被吸收，測(cè)量出來(lái)信號(hào)電壓出現(xiàn)跌落，將影響到用戶對(duì)被測(cè)電路的真實(shí)情況的判斷，如果沒(méi)有很好地認(rèn)識(shí)到探頭的負(fù)載效應(yīng)的話。

●示波器設(shè)置為DC 耦合還是AC耦合？

設(shè)置AC耦合的唯一原因是在DC耦合情況下，在量程只有2mv/div甚至更小時(shí)，有些示波器的偏置電壓范圍不夠。

●多大的隔直電容是合適的?

隔直電容與示波器的50歐電阻組成的電路是一個(gè)帶通濾波器，在低頻時(shí)，可忽略電容的等效串聯(lián)電感ESL，隔直電容與示波器通道的50歐電阻組成RC電路，其低頻的3dB截至頻率為，隨著頻率升高，電容的ESL以及探頭中的寄生電感的影響越來(lái)越大，電感的感抗隨著頻率增加而增大，其高頻的3dB截至頻率跟探頭和電容的寄生電感相關(guān)。

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建議使用1uf以上的隔直電容。七、接地在測(cè)試時(shí)，關(guān)于示波器的接地，請(qǐng)大家牢記的一項(xiàng)原則就是“地線越短越好”，工程師在配置時(shí)通過(guò)以下幾點(diǎn)做法可以保證地線盡可能的短：●盡可能減小探頭之間的環(huán)路?！駥⑻筋^置于合適的位置?！裉筋^的線纜盡可能的遠(yuǎn)離輻射源?！裉筋^的線纜避免纏繞，以避免自身間形成環(huán)路而拾取更大的空間輻射噪聲。

●對(duì)于差分探頭，盡量將探頭的正、負(fù)線纜耦合到一起，使得探頭正、負(fù)線纜受到平衡的空間輻射，以利于共模 噪聲的消除 。