「電源漣波雜訊」如何影響電源完整性？五個Ripple Noise 量測技巧 探討「電源漣波雜訊」（Ripple Noise）對電源完整性的影響，並提供五個實用的測量技巧，幫助工程師準確檢測和減少干擾。隨著低電壓供應（如3.3V、1.8V）廣泛應用，對電源質量的要求日益增加。文章介紹如何選擇低雜訊前端的示波器、示波器探棒。更推薦能有效捕捉高頻雜訊，確保電源系統穩定運行的示波器與電源探棒組合！
本文包含以下部分，可點選快速連結（附操作 & 啦啦隊女神影片） ◆ 為什麼電源漣波雜訊會影響電源完整性？ ◆ 電源完整性將面臨什麼挑戰？ ◆ 技巧 1：選擇低前端雜訊的示波器 ◆ 技巧 2：使用 1:1 探棒 技巧 3：選擇示波器的 50Ω 輸入端 ◆ 技巧4：使用探棒偏移功能提升動態範圍 ◆ 技巧 5：減少示波器和探棒對電源的負載 ◆ 啦啦隊女神推薦影片，香香的~~ ◆ 實際影片！HD3 示波器操作技巧影片集
在積體電路設計中，電源是一項需要精密控制的資源。隨著經濟型微控制器市場的快速成長，電源分配網絡面臨越來越高的需求，導致供應電壓的降低。降低供應電壓有助於降低功耗，許多設計如今採用 3.3V、1.8V，甚至 1.1V 的供應電壓。而隨著供應電壓降低，其容許範圍也逐漸縮小，從 ±10% 降至 ±1% 至 ±5%。 在您的電路中，直流訊號周圍存在一個容許範圍（如圖1所示）。只要訊號保持在這個範圍內，您的電源分配網絡 (PDN) 就算合格；如果超出範圍，則需要減少雜訊。不論如何，您都必須能夠觀察並測量直流訊號上的交流訊號。本篇應用文章旨在協助您 獲得最佳的交流訊號測量結果 。
所有示波器都會引入一定程度的雜訊，就像每個電子設計中都有固有的雜訊一樣，這是無法避免的現實。關鍵問題在於： 示波器的雜訊有多大？ 示波器的雜訊會疊加在測量訊號上，直接影響測量結果。 Keysight HD3 系列 這樣的高精度示波器，採用完全定制的元件， 專為電源完整性測量設計 ，前端雜訊低至業界最低。這確保了測量如電源軌漣波這類敏感訊號時，示波器不會對測量結果造成干擾。 低 ，以免掩蓋真實訊號。 圖 2a（左側）顯示了在 Keysight InfiniiVision HD3 系列示波器 的快速傅立葉變換（FFT）中，能夠捕捉到極低電壓的音調（53 µV），這是由於其低雜訊前端設計所致。在同級別的其他示波器中，這種音調甚至無法被看到，因為它們的雜訊底限太高。如果無法偵測到這些可能會干擾電源功能的小音調，就無法將其消除。圖 2b（右側）顯示了 HD3 系列，經過設計，具有極低雜訊的前端。 示波器探棒有多種衰減比，這個比率決定了訊號在示波器上顯示之前被分割的程度。例如，10:1 的探棒可以測量那些超過示波器最大輸入範圍的訊號，但同時會放大示波器雜訊對測量的影響。在圖 3 中，10:1 探棒和 1:1 探棒在相同的示波器設置下測量電源輸出的漣波，由於較高的衰減比造成訊號與雜訊比降低，10:1 探棒的測量結果會誇大至少 50 % ，相比之下，1:1 探棒能更準確地測量信號，特別是在雜訊容易成為問題的情況下（如圖 3 所示）。
示波器的測量路徑包含所使用的示波器、示波器的輸入終端（50 Ω 或 1 MΩ）以及接觸訊號的探棒。對於許多示波器來說，50 Ω 的輸入終端雜訊比 1 MΩ 輸入終端要低。圖 4 顯示了 50 Ω 輸入和 1 MΩ 輸入的基線雜訊。50 Ω（黃色）的雜訊明顯較小，在這種情況下是較好的選擇。
圖 4. HD3 示波器 50 Ω 輸入路徑上的基線雜訊與 1 MΩ 輸入路徑的比較
在直流電源上的漣波和雜訊通常比直流訊號小，這會導致一個小的交流訊號疊加在相對較大的直流訊號上。偏移（Offset）是一些示波器和主動探棒的功能，可以幫助您從測量的訊號中去除直流成分。圖 5 顯示了在 1.8 V 電源上使用和不使用探棒偏移的雜訊測量結果。
雖然大多數主動探棒都提供偏移功能，但通常具有較大的衰減比，這會增加示波器測量系統的雜訊。而且，雖然直流阻擋器可以阻擋直流成分，但也可能會阻擋訊號中的低頻內容。
每當示波器探測一個系統時，由於與系統的電性接觸，它就成為該系統的一部分。這種接觸會改變被測系統的行為，因為它創建了一條額外的接地路徑。在測量微小訊號時，其中一個目標就是盡量減少測量系統帶來的負載。在測量直流電源的情況下，一個常見的過度負載來源是當使用者將 50 Ω 同軸電纜接到電源和示波器的 50 Ω 輸入端時。 這額外的負載可能會影響電源管理 IC 的行為 。
電源完整性專用！N7020A 電源探棒結合 HD3 系列示波器
上述技巧適用於各品牌示波器，但如果這些技巧與專門設計用來測量電源雜訊的工具結合使用時，效果會更好！ N7020A 電源探棒 是首支專門為測量直流電源上的雜訊而設計的探棒。具有 1:1 的衰減比、±24 V 的偏移範圍，並且擁有 50 k Ω 的輸入阻抗。當與 Keysight HD3 系列示波器搭配使用時，N7020A 擁有 2 GHz 的頻寬，可以捕捉高頻雜訊和瞬態訊號，這些訊號可能會導致時鐘和數據抖動。使用 Keysight 的 N7020A 電源探棒 和 HD3 系列示波器 ，您可以更輕鬆找到並分析以前無法察覺的直流電源的 AC 訊號，提供更深入的測量洞察力。
用示波器發現隱藏的訊號 HD3 系列示波器 將高效能帶入日常應用，分辨率提升 4 倍，雜訊降低 10 倍，記憶體容量高達 25 倍，輕鬆進行精密測量。 VIDEO
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