示波器相關(guān)問題“一周一問”之十,十一

問題10:
測試電源紋波和噪聲的時(shí)候，選擇20MHZ的帶寬是為了測試電源自身是否滿足要求，對(duì)于電源這種低頻信號(hào)而言，20MHZ帶寬已經(jīng)足夠了。有一疑問：為什么不在示波器上選擇全帶寬?選擇全帶寬是怕受到高頻信號(hào)的干擾，而無法測試出電源本身的問題?但是電源對(duì)于電路板而言很重要，如果高頻信號(hào)也對(duì)此有大的干擾，那么電路板就不能正常工作，是不是也應(yīng)當(dāng)測試高頻信號(hào)對(duì)電源的干擾？
問題11:
我個(gè)人認(rèn)為，為了準(zhǔn)確的測量電源紋波信號(hào)，就需要把直流以上的噪聲完全測試出來，所以不進(jìn)行帶寬限制是最好的，不知道我這個(gè)觀點(diǎn)是否正確？我的問題的出發(fā)點(diǎn)就是想盡量準(zhǔn)確的把IC端電源噪聲測量出來。如果來一個(gè)20M的 帶寬限制，其測試到的結(jié)果明顯偏小，就反應(yīng)不了真實(shí)的情況。此時(shí)，很有可能隨著IC的門電路的翻轉(zhuǎn)，電源上有20M以上，且幅度比較大的噪聲存在，這個(gè)噪聲有可能使IC的輸出特性變差。如果我測不到這個(gè)噪聲，我就可能無法找出合適的電容來把這個(gè)噪聲濾掉，從而不能解決電源噪聲引起的問題。不知我的這個(gè)理解是否正確？
回答1：
選擇20M的目的只是要將紋波測試出來，這個(gè)是電源的指標(biāo)。但是對(duì)于單板來講，測試電壓的紋波還是需要使用全帶寬去測試，驗(yàn)證單板電源的穩(wěn)定性。
回答2：
因?yàn)殡娫吹募y波和噪聲主要來自開關(guān)管，而電源的開關(guān)管工作在40多KHz,所以選擇20MHz的帶寬來測試。
回答3：
擾在電路板中主要指的是EMI問題，從能量的角度考慮，電源的能量是最強(qiáng)的，它可以產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，對(duì)其它信號(hào)的干擾最大，而高頻信號(hào)的電壓一般在700mv左右，且信號(hào)能產(chǎn)生的磁場很弱，相對(duì)于電源而言，對(duì)電源的影響很小，可以不計(jì)。
回答4：
對(duì)于電源紋波和噪聲，個(gè)人認(rèn)為電源紋波應(yīng)該使用20MHz的帶寬來測試，而測試噪聲的時(shí)候，要使用全帶寬的來測試。原因是：對(duì)于紋波來講，是電源輸出的時(shí)候，電源自身的開關(guān)頻率引起的，而在測試的時(shí)候使用20MHz的帶寬，就是為了把高頻的噪聲去掉，為了抓到真實(shí)的紋波。而對(duì)噪聲來講，要分選取的測試點(diǎn)，一般測試芯片的電源輸入的是放在芯片的接收端，在接受端測試實(shí)際的電源噪聲，一般是有一定的范圍要求的，如果超過這個(gè)要求，也是需要處理的。而在問題中擔(dān)心高頻噪聲在電源自身有影響，這個(gè)基本不用擔(dān)心，在電源的輸出端一般都是有小的濾波電容進(jìn)行濾除高頻的噪聲，如果測試電源輸出端有很大的噪聲，建議需要處理一下，用小電容將這部分濾掉。
回答5：
要把紋波和噪聲分開來看，紋波是由電容的充放電，PWM調(diào)解產(chǎn)生（當(dāng)然，這里也有一部分低頻噪聲），一次電源的波紋還和50HZ的工頻有關(guān)。就像問題中所說的那樣，電源的頻率很低，20MHZ保證測出來的是電源本身的問題，而不是高頻干擾。而在噪聲的測試中，是要求把示波器打到全帶寬的，這樣來捕獲全帶寬下開關(guān)電源的噪聲。而在定義噪聲的指標(biāo)時(shí)，一般要考慮噪聲和直流壓降一起對(duì)后端用電芯片的影響，也就是說，噪聲要占用直流壓降的工作范圍。因此，的確要測試高頻信號(hào)對(duì)后端用電芯片的影響，而這一影響，就用噪聲來體現(xiàn)。以上是我對(duì)紋波噪聲的理解，里面會(huì)有一錯(cuò)誤和遺漏的地方，請指出，謝謝！
回答6：
對(duì)于電源噪聲，我認(rèn)為在單獨(dú)的對(duì)電源電路進(jìn)行測試時(shí)，需要進(jìn)行20MHz限制，這樣可以發(fā)現(xiàn)電源本身有沒有問題，整版的測試需要在電源OK的基礎(chǔ)上進(jìn)行。一般情況下，我們會(huì)在IC的power腳都會(huì)加0.1uF進(jìn)行退耦處理，這個(gè)處理其實(shí)就是對(duì)耦合到電源上的高頻雜波的濾除。當(dāng)然，如果可以在全帶寬的情況通過spec要求，這個(gè)就更好了。其實(shí)談到0.1uF的退耦，我有個(gè)疑惑，為什么目前電路速度越來越快，但是0.1uF雷打不動(dòng)？0.1uF究竟對(duì)哪個(gè)頻段工作最有效？在整版都跑1G/2.5G甚至10G的情況下，有沒有必要將這顆電容值減??？期待得到你的幫助，謝謝！
回答7：
紋波和噪聲的測試首選使用同軸電纜紋波需要選擇20M帶寬，噪聲的測試需要使用全頻帶，因?yàn)橛袝r(shí)信號(hào)需要以電源平面作為參考面走線，必要時(shí)使用頻譜分析儀分析高頻噪聲的頻段。
回答8：
示波器在模擬前端和數(shù)字化過程中會(huì)存在垂直噪聲，示波器是測量儀器，示波器帶寬越寬，垂直噪聲就越大，而嚴(yán)重的垂直噪聲會(huì)影響如下幾點(diǎn):
1.引入幅度測量誤差；
2.引入sin(x)/x波形重建不確定度；
3.引入作為輸入信號(hào)沿壓擺率函數(shù)的定時(shí)誤差（抖動(dòng)）；
4.造成可觀測到的不良胖波形；
詳細(xì)細(xì)節(jié)參見：
http://www.eefocus.com/html/06-09/061002196813.shtml
因此，不將示波器設(shè)置成全帶寬，恰恰是避免，示波器的本底噪聲加入到電源中。
我覺得，高頻信號(hào)不會(huì)對(duì)電源產(chǎn)生干擾，電源或者更多的是地，會(huì)是高頻信號(hào)串?dāng)_的一個(gè)載體。電路設(shè)計(jì)中，會(huì)在電源出，并上10uf、1uf并聯(lián)起來的電容，正式為了避免高頻信號(hào)通過電源串?dāng)_到電路其他地方。
回答9：
一般認(rèn)為5M以下為電源紋波，這個(gè)紋波主要是電源的貢獻(xiàn)（關(guān)于這塊，我認(rèn)同問題中說法）。對(duì)于紋波的要求一般是1％以下；
5M以上一般認(rèn)為是噪聲，也就是問題中說的高頻信號(hào)，對(duì)于噪聲一般是要求3％～5％。個(gè)人認(rèn)為噪聲主要是來自板上器件，這個(gè)噪聲主要還是針對(duì)電源網(wǎng)絡(luò)而言。
所以個(gè)人認(rèn)為示波器設(shè)置20M測試的紋波測的是電源模塊輸出電源的質(zhì)量，而示波器的全帶寬測的是整個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)的電源質(zhì)量，所以對(duì)電源質(zhì)量要求比較高的器件（如鎖相環(huán)，A/D等）全帶寬的測試也是有必要的。
回答10：
示波器測量電源紋波時(shí)，因?yàn)槭褂媒拥鼐€很長的示波器探針、或者讓由探針和接地線形成的回路靠近功率變壓器和開關(guān)元件等情況，使示波器耦合進(jìn)了一些高頻干擾，這是由示波器本身的原因引入的，并不是電源輸出的紋波成分，為了測量準(zhǔn)確，所以要將對(duì)帶寬有所限制，不能選擇全帶寬。
選擇全帶寬是怕受到高頻信號(hào)的干擾，而無法測試出電源本身的問題。
為了保證電路板和電源正常工作，根據(jù)實(shí)際情況一般要采取在電源輸出端或（和）電路板輸入端加低通濾波、關(guān)鍵部件屏蔽等措施。電源的抗干擾能力最終也是通過測量紋波和噪聲反映出來。
回答11：
這個(gè)疑問很有道理的，在我們測試中，我們知道電源板內(nèi)基本都是低頻信號(hào)，
最高頻莫過于控制芯片的時(shí)鐘。當(dāng)然不可否定電源其他干擾源的影響，這些在EMC實(shí)驗(yàn)中都會(huì)做實(shí)驗(yàn)的； 另外，電源輸出測試，我們也測試20M帶寬、200M帶寬下信號(hào)和紋波，這我們都有標(biāo)準(zhǔn)的，兩個(gè)帶寬下得測試只是在示波器帶寬切換而已，非常容易，測試一下，但也無妨。
回答12：
關(guān)于電源（模塊電源）噪聲和紋波的測量：
測試方法是：紋波測試是采用20MHZ限制帶寬測試，時(shí)間格設(shè)置在開關(guān)電源PWM頻率左右。紋波是抓開關(guān)電源輸出電壓的波動(dòng)。噪聲測試必須采用全帶寬測試，要求時(shí)間格在200nS/DIV；一般是抓比開關(guān)頻率高的雜波或者余波。
在系統(tǒng)板卡的模塊上一般來說，紋波影響芯片的基本性能和穩(wěn)定性。噪聲影響收發(fā)數(shù)據(jù)可靠性，丟包，錯(cuò)包概率。
回答13：
我對(duì)這一次的問題很感興趣，因?yàn)槲以跍y我電路板上的開關(guān)電源的時(shí)候
就發(fā)現(xiàn)開關(guān)噪聲很大，這種噪聲不同于紋波，在開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)均會(huì)出現(xiàn)，
通過很多努力，均未能消除。后來，采用接地環(huán)測試，也就是縮短試波器探
頭的接地線之后，發(fā)現(xiàn)測量到的開關(guān)噪聲就減小了很多。由此判斷，我之前
測到的噪聲應(yīng)該是開關(guān)電源的空間干擾。后來聽別人說，測紋波是要把示波
器的帶寬調(diào)到20MHz,我想可能是因?yàn)?，測試電源時(shí)主要是測其電路上的指
標(biāo)，故使用20MHz帶寬，可濾除空間干擾。
不知道是這個(gè)原因嗎？
回答14：
關(guān)于這個(gè)問題，我的看法是：選擇全帶寬是怕受到高頻信號(hào)的干擾，而無法測試出電源本身的問題。但這個(gè)高頻信號(hào)是從場空間通過示波器探頭耦合進(jìn)去的，并不是電源自身產(chǎn)生的。所以電源供電的電路板可以正常工作，測試電源時(shí)也無須測試高頻信號(hào)對(duì)電源的干擾。但是現(xiàn)在有的開關(guān)電源為了提高效率，單位功率等指標(biāo)，將開關(guān)頻率做得很高，如Vicor的電源好多開關(guān)頻率都在1MHz左右，此時(shí)對(duì)電臺(tái)等對(duì)頻段敏感的應(yīng)用，就需要全波段考查，否則會(huì)引起頻段混疊，電臺(tái)收發(fā)出錯(cuò)。

回答15：
業(yè)界一般都是使用20MHz帶寬測量的電源模塊/DC-DC等主供電設(shè)備電源輸出噪聲的，如果測量IC管腳處的噪聲，則另當(dāng)別論。電源噪聲（紋波)：噪聲包含很多種的成分（底噪，文波等），是一個(gè)籠統(tǒng)的說法。 紋波代表有固定頻率的波，在電源里主要是開關(guān)頻率對(duì)應(yīng)的噪聲（紋波），故有時(shí)電源噪聲和紋波通用。一點(diǎn)個(gè)人見解，未必準(zhǔn)確。
回答16：
其實(shí)在實(shí)際的工程開發(fā)測試在中，測試是更有針對(duì)性的，所以，以下觀點(diǎn)我不是很贊同。實(shí)際的測試中會(huì)包括兩部分：紋波測試機(jī)噪聲測試。而噪聲測試就是你所提到的不做帶寬限制，最大可能獲取真實(shí)情況。
回答17：
您好！我前幾天在公司內(nèi)組織過一次紋波測試方面的討論，感覺精確的測量紋波對(duì)操作者的要求比較高，需要考慮的因素很多，導(dǎo)致測試的一致性較差。同樣的一個(gè)電路，換個(gè)人測，結(jié)果偏差就會(huì)較大，花了很大力氣測出來的結(jié)果卻不能讓人信服！
我想問個(gè)問題，網(wǎng)上有人提到日本的一個(gè)紋波測量標(biāo)準(zhǔn)JEITA-RC9131A，它的適用性怎么樣？謝謝！
回答18(來自三星)：
大家知道，對(duì)于電源系統(tǒng)來說(PDS),主要包括Source端(VRM)和Sink端(Chip)對(duì)于Source端來講，我們測試的是電源輸出的紋波，示波器選擇20MHZ的原因是在Source端有很多電源本身的Noise Source,比如說FET,還有電感，如果用全帶寬的話，幾乎大部分Noise Source都會(huì)耦合到探頭上面來，這樣的話我們根本測試不到真正電源輸出紋波。
對(duì)于Sink端來講，相對(duì)就比較負(fù)責(zé)，我們不僅要考慮電源模塊本身的Noise,還要考慮PDS中的其他因素，比如Power Plane的諧振，比如其他noise(VDC之類)耦合到Power Plane,比如芯片本身的SSN等等，這個(gè)時(shí)候如果我們用20MHZ帶寬的話，反而會(huì)遺漏掉很多電源NOISE,從而影響PI效果。
所以，我覺得在Power Source端，應(yīng)該用20MHZ帶寬去測試，而在SINK端得PI測試，則需要全帶寬去測試(當(dāng)然，也不能用太高的帶寬，從經(jīng)驗(yàn)來看，1GHz~2.5GHz的示波器比較合適。
回答19(來自ZTE)：

對(duì)于單純的電源產(chǎn)品，20MHz已經(jīng)足夠了，這是因?yàn)殡娫粗饕墓δ苁禽敵鲆粋€(gè)恒定的電壓，基本上是一個(gè)直流環(huán)境，過程中不會(huì)涉及到更高速的電路；對(duì)于數(shù)字電路板上的電源，我個(gè)人還是覺得高一點(diǎn)帶寬比較好。我們可以從設(shè)計(jì)角度想一下，隨著用電器件內(nèi)驅(qū)動(dòng)、接收開關(guān)變化，電源網(wǎng)絡(luò)上的電流也會(huì)隨之變化，電流的變化也引起了電壓的波動(dòng)，這一部分的噪聲占電源噪聲的很大比重。為了抑制這種噪聲，我們會(huì)在電源網(wǎng)絡(luò)上放置一定規(guī)格、數(shù)量的去耦電容，來保證這個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗在有效頻率內(nèi)是低于目標(biāo)阻抗的，從而確保電源噪聲是滿足要求的，這個(gè)要求是兩維的。對(duì)應(yīng)的，電源噪聲也應(yīng)該是兩維的：噪聲大小和有效頻率。這個(gè)有效頻率設(shè)置到多大沒有定論，但是目前主流的數(shù)字電路板上去耦一般會(huì)設(shè)計(jì)到百兆數(shù)量級(jí)，我個(gè)人覺得數(shù)字電路板上的電源噪聲測試帶寬應(yīng)該是與此一個(gè)數(shù)量級(jí)。
回答20(來自ZTE)：
看了郵件，覺得電源噪聲說法太籠統(tǒng)，看文章的內(nèi)容，題目應(yīng)該是：PDN的?I噪聲測量。有兩層含義：其一，測試點(diǎn)在非理想電源地平面上，非電源模塊側(cè)；其二，噪聲來源應(yīng)該是IC的開關(guān)造成的。要把評(píng)價(jià)電源模塊噪聲特性與評(píng)價(jià)PDN的概念區(qū)分開來。
電源噪聲/電源紋波的說法容易產(chǎn)生歧義，電源工程師關(guān)心的是電源模塊本身的噪聲與紋波指標(biāo)，SI/PI工程師更關(guān)注PDN（電源分配網(wǎng)絡(luò)）的噪聲指標(biāo)，這個(gè)噪聲是由于IC的開關(guān)造成的，業(yè)界也稱為?I噪聲，有個(gè)經(jīng)典的公式說明PDN的噪聲來源：其一是dI，其二是供電回路電感L（在回路非理想時(shí)，阻抗不為零，電感是一定有的），PI設(shè)計(jì)就是盡可能控制這個(gè)L。
PDN的測試結(jié)果應(yīng)該是含開關(guān)電源模塊噪聲的，開關(guān)電源本身的噪聲在頻域和?I噪聲是可以區(qū)分開來的。