前言
在探测嵌入式系统配电网络（PDN）时，有许多要注意的事项，通常要测试的信号是浮在大电压上的很小信号，必须很好地理解和管理测量系统的噪声。信号路径中的阻抗不匹配会引起高频成分的反射，某些探测方式可能无法提供足够的偏置范围以匹配大的DC电压，带宽限制会无法捕获和表征高频噪声。而且，由于PDN的直流阻抗通常低至1Ω甚至更低，因此低阻抗探测方式可能会在DUT上施加过大的负载。在本文，我们将讨论使用力科12位高清示波器的各种电源噪声探测方式，以及如何选择更好的测试方式。
电源噪声探测方式概述
一般而言，使用高精度示波器测试电源噪声有五种方式（表1）：
与大多数示波器一样，力科所有12位高精度示波器都标配有一组10MΩ无源探头，这种探头的带宽通常为500 MHz，连接到1MΩ耦合示波器输入时，探头的高阻抗可提供良好的直流负载特性。10MΩ无源探头必须考虑接地，使用典型的3英寸接地导线会导致很高的RF干扰以及高电感和信号振铃，通常最好使用较短的弹簧型接地线。它具有较小的“天线”效应，因此具有较少的RF拾取以及较短的电感环路，可减少振铃。
10MΩ无源探头具有10：1的衰减，这意味着信号衰减了10倍，但测量系统中的噪声不受影响---因此，SNR比1：1探头或直接连接低了20 dB。从图1可以看出，由于10：1衰减，信号显示为80 mV满量程，在这种情况下，灵敏度限制为10 mV / div或更高。注意：为了比较所有五种方式的噪声性能，我们将每种方法都应用到相同的900mV电源轨，为了公平比较，所有信号的带宽都限制在500 MHz以内，并在所需的偏置下，调整垂直灵敏度，以使SNR最大，在每个示例中，下方的波形为5 mV / div的放大。使用高精度示波器测试电源轨的第二种方式是同轴线缆连接到示波器的1MΩ输入，无论是设计到DUT中还是通过焊接连接，与DUT的同轴连接的主要优点有两个：连接的高带宽和较小的接地环路，以实现低RF拾取。图2描绘了使用同轴线缆与示波器的1-MΩ输入连接测量900 mV电源轨的结果，在没有衰减的情况下，这种方法可实现高SNR，但从50Ω同轴电缆到1MΩ输入的阻抗不连续会引起反射。力科的HD4096示波器具有高偏置能力，这意味着能够充分偏置输入，以匹配900 mV的电源轨，同时保持最大的垂直灵敏度。
第三种方式是使用同轴线缆与示波器的50Ω连接，与前面方法不同之处在于它提供了更高的带宽。但是，它提供的低偏置范围对于某些示波器可能是个问题。当50Ω示波器输入加载到具有极低阻抗（远小于1Ω）电源轨时，也可能存在负载问题。通过同轴连接到高精度示波器的50Ω输入来测量900 mV电源轨，还可以实现较高的SNR，而力科的HD4096高精度示波器具有足够的偏置能力，可以偏置示波器的输入而不会产生不利的灵敏度影响。
因为该电源轨具有高阻抗，所以50-Ω负载不是问题，但是，如果它的阻抗很低，那么负载可能是一个重大问题。探测方式4是10：1同轴探头，可以使用同轴电缆和450Ω电阻自制，也可以购买，当与示波器的50Ω耦合输入连接时，10：1同轴探头会以10：1的比例将输入信号衰减。有效带宽可能非常高，这取决于与DUT的连接质量。但是，10：1同轴探头与10MΩ无源探头具有相同的20dB噪声损失（图4），根据PDN自身阻抗，可能可以承受450 欧姆的负载。
最后，第五种选择是电源轨探头，专门用于探测电源轨（如力科RP4030有源电源轨探头），该探头提供4 GHz的高带宽，低噪声，仅1.2倍的衰减以及±30 V DC的高偏置能力。当使用RP4030电源轨探头测量900 mV电源轨时，探头的1：1衰减实现了更低的噪声，而高达30 V的大DC偏置范围则足以胜任当前的工作（图5）, 它还在DC上呈现50kΩ的负载，这意味着不会从低阻抗电源轨上汲取大量电流。
