電源噪聲分析是評估電子設(shè)備電源完整性（Power Integrity, PI）的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其測量精度直接影響系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性。Keysight S系列示波器憑借低噪聲性能、高帶寬及豐富的分析功能，成為電源噪聲測量的理想工具。本文結(jié)合工程實(shí)踐與理論分析，總結(jié)出五大實(shí)用技巧，幫助用戶優(yōu)化測量流程，提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

技巧一：選擇低噪聲信號路徑，優(yōu)化輸入阻抗配置
電源噪聲測量中，示波器自身的噪聲水平是首要影響因素。Keysight S系列示波器提供50Ω與1MΩ兩種輸入阻抗選擇，前者在低噪聲與全帶寬性能上更具優(yōu)勢。理論研究表明，50Ω路徑的噪聲通常僅為1MΩ路徑的1/3至1/2，且支持示波器全頻段帶寬（如S系列典型帶寬≥6 GHz）。例如，當(dāng)測量開關(guān)電源高頻噪聲時，選擇50Ω阻抗可顯著降低測量系統(tǒng)引入的誤差。
操作步驟：
1. 確認(rèn)示波器輸入阻抗：通過菜單“Input Impedance”切換至50Ω模式。
2. 搭配低噪聲探頭：選用具備50Ω同軸結(jié)構(gòu)的差分探頭（如Keysight N7020A），避免因阻抗不匹配導(dǎo)致的反射與信號衰減。
3. 評估負(fù)載效應(yīng)：若被測電源軌輸出阻抗為mΩ級，可選用高輸入阻抗探頭（如50kΩ）以減小直流負(fù)載影響。
技巧二：精準(zhǔn)設(shè)定帶寬限制，平衡測量精度與動態(tài)范圍
噪聲具有寬帶特性，過寬的示波器帶寬會放大高頻干擾，影響低頻紋波的測量精度。例如，當(dāng)測量20MHz以內(nèi)的電源紋波時，若示波器帶寬設(shè)為1 GHz，高頻噪聲將被顯著放大。
優(yōu)化策略：
1. 啟用帶寬限制功能：通過“Bandwidth Limit”選項(xiàng)將示波器帶寬降至目標(biāo)頻段（如300MHz）。
2. 激活HD模式：S系列示波器的高清（HD）模式可將垂直分辨率提升至16位，進(jìn)一步抑制寬帶噪聲。
3. 驗(yàn)證頻域特征：結(jié)合FFT（快速傅里葉變換）分析，確認(rèn)帶寬設(shè)置是否遺漏關(guān)鍵頻點(diǎn)（如開關(guān)頻率的諧波分量）。
案例驗(yàn)證：某工程師在測量DC-DC轉(zhuǎn)換器紋波時，將帶寬從1 GHz降至500MHz后，測量噪聲RMS值從15mV降至8mV，紋波峰峰值（Pk-Pk）誤差降低40%。
技巧三：優(yōu)化垂直刻度與采樣率，提升小信號分辨率
示波器的垂直分辨率直接影響微弱噪聲的捕獲能力。傳統(tǒng)8位ADC示波器在滿量程時垂直分辨率僅為0.4%，而S系列示波器的12位ADC結(jié)合“Hi-Res”模式，可將分辨率提升至0.02%，適用于μV級噪聲測量。
配置要點(diǎn)：
1. 選擇靈敏量程：將垂直刻度調(diào)整至信號幅度的50%-80%區(qū)域（如信號峰峰值為50mV時，設(shè)置量程為20mV/div）。
2. 啟用高分辨率模式：通過“Acquisition”菜單激活Hi-Res模式，增強(qiáng)低幅值信號的信噪比。
3. 調(diào)整采樣率：根據(jù)奈奎斯特定理，設(shè)置采樣率≥目標(biāo)帶寬的5倍（如測量500MHz信號時，采樣率≥2.5GSa/s）。
技巧四：精準(zhǔn)觸發(fā)與平均技術(shù)，抑制隨機(jī)噪聲干擾
電源噪聲常包含隨機(jī)成分，單次測量易受無關(guān)信號干擾。通過觸發(fā)優(yōu)化與平均處理，可顯著提升測量重復(fù)性。

實(shí)施步驟：

1. 設(shè)置觸發(fā)源：選擇與噪聲源相關(guān)的觸發(fā)信號（如開關(guān)電源的同步信號），確保每次捕獲的波形相位一致。
2. 啟用平均功能：通過“Average”模式對多次采集波形進(jìn)行疊加平均，有效抑制隨機(jī)噪聲。例如，設(shè)置平均次數(shù)為1024次，可使信噪比改善約30dB。
3. 驗(yàn)證觸發(fā)穩(wěn)定性：觀察觸發(fā)延遲時間（如S系列示波器的<1ns觸發(fā)抖動），避免因觸發(fā)誤差引入測量偏差。
技巧五：利用頻域分析工具，快速定位噪聲根源
時域測量僅反映噪聲的幅度與時間特征，頻域分析則能揭示其頻譜分布與潛在來源。Keysight S系列示波器內(nèi)置的頻譜分析模塊（如Spectrum View）可實(shí)時顯示噪聲頻譜。
應(yīng)用場景：
1. 識別開關(guān)頻率諧波：通過頻譜峰值定位開關(guān)電源的工作頻率及其諧波分量。
2. 排查EMI干擾：當(dāng)頻譜中出現(xiàn)固定頻點(diǎn)噪聲（如900MHz、2.4GHz）時，可推斷為外部射頻干擾。
3. 量化噪聲貢獻(xiàn)：利用頻譜幅度標(biāo)尺（dBm/Hz）計(jì)算各頻段噪聲對總RMS值的貢獻(xiàn)率。
實(shí)戰(zhàn)案例：某電源模塊在4MHz頻點(diǎn)出現(xiàn)明顯噪聲，經(jīng)頻譜分析發(fā)現(xiàn)與控制器PWM頻率一致，調(diào)整PWM頻率后噪聲下降12dB。

通過上述五大技巧的協(xié)同應(yīng)用，用戶可充分發(fā)揮Keysight S系列示波器的性能優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)電源噪聲的精準(zhǔn)量化與溯源分析。未來，隨著AI技術(shù)的融合，示波器將具備更智能的噪聲抑制算法與自動化分析功能，進(jìn)一步降低工程師的操作復(fù)雜度，推動電源完整性設(shè)計(jì)邁向更高水平。

審核編輯 黃宇