正确测量电力系统噪声的挑战

今天的电路需要复杂的电源系统。电压低于 1.2 V 的电源管理设备对噪声高度敏感，轻微的变化都会产生误码。配电网络 (PDN) 上的噪声测量是调试和系统设计的关键要素。在本文中，我们将描述与 PDN 测量相关的挑战。

当心射频拾音器

来自 EMI/RFI 的噪声是最重要的挑战，即使在 1.5 V 电池的电压测量中也很明显。在电池的内部电化学反应和由于探测而产生的一点电流之间，我们应该预计电压轨迹上会有一些适度的噪声。

尝试将电池放入支架并探测其端子；您会惊讶于示波器屏幕上出现的噪声量。图 1 中的顶部轨迹是电池的电压轨迹（品红色，ch2）。作为参考，底部轨迹（黄色，ch1）显示了示波器的本底噪声测量值以供参考。两条轨迹使用相同的垂直标​​度。电池的痕迹显示其电压存在高水平噪声，远超预期。平均电压为 1.56 V ，噪声PK-PK为33 mV 。

图 1. 1.5V 电池的初始测量结果显示了噪声（上迹线）和示波器的本底噪声（下迹线）。显然，外部噪声已经进入了测量系统。

一个有用的一致性检查是在频域中查看该信号（图 2）。从全频谱频率图（上迹线），我们看到噪声确实是宽带噪声，达到了示波器的全带宽（在本例中为 1 GHz），没有任何衰减迹象。

图 2 中下方的轨迹显示了噪声频谱的前 100 MHz 的放大视图。它揭示了噪声中的清晰峰值，奇怪的是，它几乎刚好从 15 MHz 开始，然后是 30 MHz、45 MHz，依此类推。这无疑是来自外部源的 RF 噪声。显而易见的补救措施是正确屏蔽电池（图 3），确保屏蔽层连接到探头的回线。

在图 4的下方轨迹中，与添加屏蔽层的区别非常显着。屏蔽将噪声从大约 -60 dBm 的范围降低到 -100 dBm 的范围，降低了 4 倍，幅度约为 45 nV。

作为最后的健全性检查，让我们将具有适当屏蔽的电池噪声与示波器的本底噪声测量进行比较（图 5）。示波器本底噪声在 Ch1（黄色，下迹线）上，电池在 Ch2（品红色，上迹线）上，它们几乎相同。

因此，每当您使用屏蔽良好的同轴电缆连接以外的任何方式探测低电平信号时，您都会受到干扰。任何与 DUT 屏蔽分开的外露导体都将起到天线的作用。

EMI-RFI 拾音器通常具有宽带特性。为了尽量减少这方面的影响，您的探头尖端应尽可能设计成同轴电缆。该尖端中的任何电感都会降低您的测量带宽，并可能导致您的测量出现一些振铃。更糟糕的是，你会得到“天线效应”，探头容易受到 EMI/RFI 拾取。确保示波器和 DUT 之间的连接看起来尽可能像同轴连接。

在测试设计方面，如果您可以以微同轴连接器的形式向电路板添加测试点，然后将同轴电缆连接到这些点，那么您将大大减少任何潜在的 EMI/RFI您的电源轨测量值。

审核编辑：刘清