項目描述

硬件電路的很多問題都和電源相關(guān)，好的電源設(shè)計對于整個硬件電路至關(guān)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(zhǔn)確的測量電源的噪聲。

測量對象是在市場上購買的一款I(lǐng)PAD擴(kuò)容外設(shè)。此設(shè)備是通過在IPAD上安裝對應(yīng)的APP，在充電口加入外圍模塊來實現(xiàn)對IPAD的擴(kuò)容。

這一款設(shè)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(jìn)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(yīng)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(yīng)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(jìn)行擴(kuò)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(fēng)險，甚至?xí)ㄆ恼９ぷ鲙碛绊憽?/p>

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

IPAD剛引出來的那個端口可以當(dāng)做電源的源端，而通過后端的外圍模塊后在末端進(jìn)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(yīng)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(jìn)行了對比測試進(jìn)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(jìn)行測量，如下圖：

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

但當(dāng)我們將示波器設(shè)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(yīng)該是噪聲。類似這類電源電壓的測量，如按照限制20MHZ帶寬進(jìn)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(jìn)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(biāo)配的無源探頭進(jìn)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(jìn)一步的驗證；

我們采用了不同接地環(huán)路對相同的測試點(diǎn)進(jìn)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(biāo)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(zhǔn)確（經(jīng)驗判斷）；之前在示波器操作培訓(xùn)時也了解到示波器標(biāo)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(jìn)行測量，以保證準(zhǔn)確的反映產(chǎn)品的真實狀況，以便于對測試結(jié)果進(jìn)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(shè)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(zhǔn)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?zhǔn)的測量的時候，應(yīng)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(yīng)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(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)地選擇如何設(shè)置示波器。

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