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“電源”噪聲的測(cè)試方法

高頻高速研究中心 ? 來(lái)源:未知 ? 作者:李建兵 ? 2018-03-16 15:20 ? 次閱讀
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項(xiàng)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(jì)對(duì)于整個(gè)硬件電路至關(guān)重要;這篇文章是從一個(gè)實(shí)際的案例來(lái)談一談如何使用示波器較準(zhǔn)確的測(cè)量電源的噪聲。

測(cè)量對(duì)象是在市場(chǎng)上購(gòu)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(duì)應(yīng)的APP,在充電口加入外圍模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)IPAD的擴(kuò)容。

這一款設(shè)備所用的存儲(chǔ)介質(zhì)是MicroSD卡。我們對(duì)其中MicroSD卡存儲(chǔ)部分的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)這一部分回路是否符合SD規(guī)范。在使用示波器檢測(cè)SDVCC電壓的時(shí)候,根據(jù)對(duì)電源紋波的測(cè)量經(jīng)驗(yàn),測(cè)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(cè)量的值差別很大。那么,在此處測(cè)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(jiǎn)單,就是通過IPAD的供電口以及數(shù)據(jù)傳輸線對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)容;首先來(lái)測(cè)量產(chǎn)品給SD供電的電壓波形。按照存儲(chǔ)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(huì)有比較大的風(fēng)險(xiǎn),甚至?xí)?duì)卡片的正常工作帶來(lái)影響。

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(lái)的那個(gè)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(cè)試的時(shí)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(shí)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(duì)比測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證:

第一步,我先驗(yàn)證IPAD的供電端在工作時(shí)的輸出,如下圖:

通過直接驗(yàn)證IPAD的輸出口的電壓,保證源端的供電是正常的;通過測(cè)試,我們發(fā)現(xiàn)在源端測(cè)量的電壓值在3.4V(500MHZ帶寬測(cè)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(lái),我們直接在通過整個(gè)模塊后在MicroSD卡的供電腳SDVCC對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量,如下圖:

當(dāng)我們?cè)趫D片上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試的時(shí)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(shí)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(cè)試過程中,已經(jīng)不是電源紋波測(cè)量,而應(yīng)該是噪聲。類似這類電源電壓的測(cè)量,如按照限制20MHZ帶寬進(jìn)行測(cè)試,會(huì)給測(cè)量分析帶來(lái)誤判(因?yàn)榇_實(shí)存在比較大的噪聲/電壓波動(dòng)),示波器的前端濾波會(huì)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(cè)試;

但是,通過以上的測(cè)試方式是否真實(shí)反映了產(chǎn)品的噪聲大???另外,采用標(biāo)配的無(wú)源探頭進(jìn)行測(cè)試會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)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(yàn)證;

我們采用了不同接地環(huán)路對(duì)相同的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)量。帶彈簧地的測(cè)試回路減少了信號(hào)的回流路徑,測(cè)試結(jié)果會(huì)比直接用原來(lái)標(biāo)配的6英寸的效果要好些,但二者的差別較小,而測(cè)出來(lái)的3.8V的最大值似乎不夠準(zhǔn)確(經(jīng)驗(yàn)判斷);之前在示波器操作培訓(xùn)時(shí)也了解到示波器標(biāo)配的10:1的無(wú)源探頭會(huì)對(duì)信號(hào)測(cè)量帶來(lái)較大的偏差,10:1的衰減會(huì)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(duì)產(chǎn)品再次進(jìn)行測(cè)量,以保證準(zhǔn)確的反映產(chǎn)品的真實(shí)狀況,以便于對(duì)測(cè)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(hào)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(duì)示波器底噪的放大,因此帶來(lái)最準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果;

采用同軸線纜測(cè)試的結(jié)果,最大值為3.645V,比使用無(wú)源探頭3.814V的測(cè)量值相差0.169V。可見在需要做非常精準(zhǔn)的測(cè)量的時(shí)候,應(yīng)選擇同軸線纜來(lái)測(cè)量,盡量減小測(cè)量誤差。

總結(jié)

本文主要是從測(cè)試的角度來(lái)分析討論應(yīng)該如何去測(cè)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(cè)試方法,直接選擇20MHZ的帶寬進(jìn)行測(cè)試,將無(wú)法正確地反映出電源的真實(shí)狀況。在諸如此類的電源電壓的監(jiān)控測(cè)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(cè)試一個(gè)電源電壓波動(dòng)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(cè)量紋波還是噪聲,對(duì)應(yīng)地選擇如何設(shè)置示波器。

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

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原文標(biāo)題:SI-list【中國(guó)】“電源”噪聲如何測(cè)試

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