由于不匹配的1MΩ和50Ω传输线之间会发生反射(reflection),因此不建议将50Ω缆线(例如 50Ω尾纤同轴线)直接连接到示波器的1MΩ输入端。
使用最灵敏的垂直刻度
示波器噪声位准与示波器全屏幕垂直刻度值有关。因此,使用更灵敏的垂直分辨率将会减少测量的总噪声量。此外,当放大信号使其覆盖大部分垂直范围时,示波器将更充分利用ADC分辨率,这时Vpp的测量值将更准确。
限制带宽
噪声具有宽带特性,在示波器未连接输入的情况下打开FFT功能,便可看到示波器的整个带宽上存在的噪声。打开带宽限制滤波器可以降低宽带噪声,有助于更精确地测量电源轨,但缺点在于如果带宽限制设定值太低,较高频率的异常就不会显示。
应该使用多大带宽?答案是这取决于具体的信号。虽然切换速度可能在kHz范围内,但快速边缘(fast edges)会产生MHz范围的谐波。对于频率更高的耦合信号,包括频率谐波,则需要更大的带宽来撷取这些信号。R&S RTO和R&S RTE数字示波器均配备了带宽限制滤波器。此外,HD模式可进一步降低宽带噪声,并将垂直分辨率提高到16位。
选择合适的探棒(衰减、带宽和连结)
使用具有1:1衰减比(attenuation ratio)的探棒可以显着提高测量电源完整性的精确度;具有较高衰减比的探棒会放大噪声,较高的衰减比则会限制可以使用的垂直灵敏度。例如在输入低至1 mV/div的示波器上使用衰减比为1:1的探棒就可以将灵敏度缩小至1mV/div,而使用衰减比为10:1的探棒只能设置至10 mV/div。
如何探测电源轨信号与其他技巧一样重要。一些用户将电源轨链接至信号质量高、便于连接的SMA连接器;有些使用者是选择焊接连结,也有使用者选择在旁路电容使用夹具作为简易的接点;还有人是使用手持式探棒。每种技巧在易用性、所需的前期规划和信号质量方面都各有利弊。
图3:对于小信号,使用衰减比为 1:1 的探棒可以获得更精确的测量结果
为了获得高精度测量结果,Rohde & Schwarz建议使用SMA接头或焊接式50Ω SMA尾纤同轴电缆(pigtail coax,包括探棒)的R&S RT-ZPR20电源完整性探棒。该探棒可提供2GHz全带宽,且噪声极低。虽然该探棒的带宽规格为2.0GHz,但其频率响应的滚降(roll-off)较慢,并能撷取电源轨上可能耦合的2.4GHz Wi-Fi信号。尽管2.4 GHz幅度值将衰减至3dB左右,但撷取这些耦合信号的能力对于查找耦合源非常重要。
使用R&S RT-ZPR20探棒搭配R&S RT-ZA25探棒头(browser)时,带宽将降至350MHz。使用能够最大限度减小接地回路面积的接地装置,例如接地弹簧(ground spring),可有效提升测量精确度。
技巧3:达到足够的偏移量
交流耦合和阻隔电容
示波器内建的偏移量通常不足以让使用者将波形放置在显示器中央并放大显示,这会导致两个负面因素:示波器只使用一小部分ADC垂直分辨率并使用更大的垂直刻度,从而产生额外的噪声;这会降低测量品质。
如果在选定的路径和探棒上使用阻隔电容(blocking caps)或示波器的交流耦合(AC coupling)模式,将去除信号中的直流分量;这可以解决部分问题,但会无法看到实际的DC值和漂移(drift)。
内建偏移的探棒
一些探棒具有额外的内建偏移,其优势在于可让使用者获得足够的偏移量,从而能看到真实的DC值和低频特性,诸如漂移和骤降(sag)。R&S RT-ZPR20电源完整性探棒具有±60V的内建偏移和850mV的动态范围,这意味着使用者可以在-60V和+60V的范围内查看直流电源轨上高达850mV的交流特性。
技巧4:评估开关与EMI
频域图
特征化电源轨通常需要确保电源轨上没有耦合干扰信号,此外用户有时需要考虑开关谐波(switching harmonics)。查看时域(time domain)波形无法确定这些干扰因素,但透过示波器的FFT功能可以在频域看到这些干扰。
查看频域波形需要多大的带宽?这取决于电源轨上可能耦合的潜在信号,包括频率信号和快速边缘谐波。