前言
在探測嵌入式系統配電網絡（PDN）時，有許多要注意的事項，通常要測試的信號是浮在大電壓上的很小信號，必須很好地理解和管理測量系統的噪聲。信號路徑中的阻抗不匹配會引起高頻成分的反射，某些探測方式可能無法提供足夠的偏置范圍以匹配大的DC電壓，帶寬限制會無法捕獲和表征高頻噪聲。而且，由于PDN的直流阻抗通常低至1Ω甚至更低，因此低阻抗探測方式可能會在DUT上施加過大的負載。在本文，我們將討論使用力科12位高清示波器的各種電源噪聲探測方式，以及如何選擇更好的測試方式。
電源噪聲探測方式概述
一般而言，使用高精度示波器測試電源噪聲有五種方式（表1）：
與大多數示波器一樣，力科所有12位高精度示波器都標配有一組10MΩ無源探頭，這種探頭的帶寬通常為500 MHz，連接到1MΩ耦合示波器輸入時，探頭的高阻抗可提供良好的直流負載特性。10MΩ無源探頭必須考慮接地，使用典型的3英寸接地導線會導致很高的RF干擾以及高電感和信號振鈴，通常最好使用較短的彈簧型接地線。它具有較小的“天線”效應，因此具有較少的RF拾取以及較短的電感環路，可減少振鈴。
10MΩ無源探頭具有10：1的衰減，這意味著信號衰減了10倍，但測量系統中的噪聲不受影響---因此，SNR比1：1探頭或直接連接低了20 dB。從圖1可以看出，由于10：1衰減，信號顯示為80 mV滿量程，在這種情況下，靈敏度限制為10 mV / div或更高。注意：為了比較所有五種方式的噪聲性能，我們將每種方法都應用到相同的900mV電源軌，為了公平比較，所有信號的帶寬都限制在500 MHz以內，并在所需的偏置下，調整垂直靈敏度，以使SNR最大，在每個示例中，下方的波形為5 mV / div的放大。使用高精度示波器測試電源軌的第二種方式是同軸線纜連接到示波器的1MΩ輸入，無論是設計到DUT中還是通過焊接連接，與DUT的同軸連接的主要優點有兩個：連接的高帶寬和較小的接地環路，以實現低RF拾取。圖2描繪了使用同軸線纜與示波器的1-MΩ輸入連接測量900 mV電源軌的結果，在沒有衰減的情況下，這種方法可實現高SNR，但從50Ω同軸電纜到1MΩ輸入的阻抗不連續會引起反射。力科的HD4096示波器具有高偏置能力，這意味著能夠充分偏置輸入，以匹配900 mV的電源軌，同時保持最大的垂直靈敏度。
第三種方式是使用同軸線纜與示波器的50Ω連接，與前面方法不同之處在于它提供了更高的帶寬。但是，它提供的低偏置范圍對于某些示波器可能是個問題。當50Ω示波器輸入加載到具有極低阻抗（遠小于1Ω）電源軌時，也可能存在負載問題。通過同軸連接到高精度示波器的50Ω輸入來測量900 mV電源軌，還可以實現較高的SNR，而力科的HD4096高精度示波器具有足夠的偏置能力，可以偏置示波器的輸入而不會產生不利的靈敏度影響。
因為該電源軌具有高阻抗，所以50-Ω負載不是問題，但是，如果它的阻抗很低，那么負載可能是一個重大問題。探測方式4是10：1同軸探頭，可以使用同軸電纜和450Ω電阻自制，也可以購買，當與示波器的50Ω耦合輸入連接時，10：1同軸探頭會以10：1的比例將輸入信號衰減。有效帶寬可能非常高，這取決于與DUT的連接質量。但是，10：1同軸探頭與10MΩ無源探頭具有相同的20dB噪聲損失（圖4），根據PDN自身阻抗，可能可以承受450 歐姆的負載。
最后，第五種選擇是電源軌探頭，專門用于探測電源軌（如力科RP4030有源電源軌探頭），該探頭提供4 GHz的高帶寬，低噪聲，僅1.2倍的衰減以及±30 V DC的高偏置能力。當使用RP4030電源軌探頭測量900 mV電源軌時，探頭的1：1衰減實現了更低的噪聲，而高達30 V的大DC偏置范圍則足以勝任當前的工作（圖5）, 它還在DC上呈現50kΩ的負載，這意味著不會從低阻抗電源軌上汲取大量電流。
