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小米mix4|这个重点你掌握了吗——电源完整性测试详解( 二 )


使用10倍衰减的探头 ， 有助于解决示波器直流偏置不够的问题 ， 但也会降低信噪比并对测量精度产生负面影响 。
有的工程师将示波器的50Ω输入与同轴电缆和隔直电容（DC Block）串来提供1 : 1的衰减比的探测方法 ， 精度也更高 ， 但这会导致被测试的电源负载变大 ， 并且由于使用隔直电容也同样导致丢失直流电源压缩和低频漂移信息 。
图6  采用同轴线缆和隔直电容测试纹波与噪音
3. GHz级别宽带噪声测试能力的挑战
直流电源上的纹波、噪声和瞬变是数字系统中时钟和数据抖动的主要来源 。 处理器、内存和其他类似器件对直流电源的动态负载随着各自时钟频率而发生 ， 并可能在直流电源上耦合高速瞬态变化和噪声 ， 它们包含了1 GHz以上的频率成分 。 设计人员需要高带宽的工具来评估和了解其直流电源轨上的高速噪声和瞬变 。
很多示波器在小量程测试时由于底噪过大而不得不限制带宽 ， 否则信号会被埋没在噪音之中 。 如果我们需要达到GHz的PI测试能力 ， 示波器的带宽不能被限制 。
4. 特定频带内的RMS噪声测试及噪音的时/频域相关分析
某些电路元器件要求在特定频带内的RMS噪音在一定的范围之内 ， 如某LDO（低压差线性稳压器件）手册要求噪声指标为在10Hz到100KHz频段为16uVrms 。 对于系统级测试 ， 尽管噪声参数会大于LDO的标称指标 ， 但数量级仍为uV-mV量级 。
传统的示波器虽然有简单FFT功能 ， 但由于时域设置决定了其频谱分析范围 ， 时频域设置互锁严重 ， 频域的放大并不能展示更多细节 ， 导致其无法用于时/频相关分析 。
5. 探接方式的挑战
电路形态各异 ， 需要有更灵活的附件来进行信号的探接 。 探接的稳定性和寄生参数对被测电源电路的影响不可忽视 。
四． 罗德与施瓦茨（R&S）的PI测试方案
R&S的PI测试方案包含示波器主机和Power Rail 电源轨探头 。
图7  RTO（左）和RTE示波器（右）▍ RTO/RTE示波器都具备高达1百万次/s 的快速波形捕获率 ， 即使纹波/噪音这种长波形采集场景也可以利用Free Run模式轻松超过1万次/秒捕获率 。 短时间内累积到足够的样本量 ， 有助于提高效率和测试准确性 。
图8  周期性和随机性扰动（PARD）实测结果
▍ 硬件数字下变频器（DDC）实现的实时频谱分析功能 ， 可以像使用专业频谱仪一样直接设定起始和终止频率、SPAN、RBW 。
图9  RTO示波器查找EMI耦合源（高频FFT）
▍ RTE/RTO示波器配合HZ-15近场探头可以实现对电路EMI骚扰源的排查 。
图10  2015年 DesignCon最佳EMI诊断工具奖（RTE+HZ-15近场探头）
RT-ZPR20（2GHz） / RT-ZPR40（4GHz） Power Rail电源轨探头则是专为PI测试量身定做 。
图11  RT-ZPR20/40关键参数
▍ 探头衰减比为 1:1 ， 在 1 GHz 、1 mV/div 时 ， 探头连示波器整体噪声电压仅为 120 μV 。
图12  10:1和1:1衰减比探头测试结果对比
▍ 探头高达+/-60V的内置偏置能力 ， 直观显示电源的直流成分以及低频漂移 ， 这与AC耦合或隔直电容方式容易丢失信号成分形成鲜明对比 。
图13  AC耦合方式和电源轨探头直流偏置方式对低频漂移特性的差异性
探头50 kΩ 的高直流输入阻抗可最大程度地降低对待测电源的干扰
探头内部集成式 16 位数字电压计功能可同步读取每路电源的直流电压数值 ， 并可一键精准设置示波器的偏置值 。
专用的同轴探测线缆可焊接到电源滤波电容的两端 ， 标配的点测附件则便于PCB上不同位置的轻松探测 。
图14  RTO-ZPR20/40的各种连接方式与带宽

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