: 如何发现并减少电源测量中的噪声?

2019-06-12 07:02:00 来源:互联网
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幸运农场绝招 www.qxwt.net 当前的电路和系统使用1.2V甚至更低的供电电压运行,即使电压的微小变化也会产生误码、抖动、错误切换以及与瞬态相关的问题,难以解决。

 
测量供电电压上的噪声似乎是一项非常简单的任务。然而,有一些基本的陷阱可能会导致测量错误,甚至是彻底的奇怪结果。让我们来看看其中一个挑战:RF干扰。我们将展示RF干扰对电源测量的影响,然后我们将展示一种有效的减轻这种影响的方法。
 
但在我们讨论这个问题之前,让我们暂时退一步。了解示波器的功能(和限制)始终很重要,因为有了这些知识,可以更好地预测产生的测量结果。
 
如果我们谈论测量噪声,特别是测试低电平信号时,我们真正想知道的是示波器的本底噪声。前端放大器产生多少固有噪音?
 
图1、力科HDO8108A的噪音极低,约为145μV
 
以力科的HDO8108A示波器(图1)为例,该示波器提供1 GHz的带宽,8个模拟输入通道和12位垂直分辨率。它也恰好是我们接下来用于测量演示的工具??梢酝ü虻サ亟淙胪ǖ澜拥乩垂鄄煲瞧鞯哪诓糠糯笃髟肷?,结果如图2所示,受益于HDO的垂直分辨率,我们可以获得非常精确的测量结果。
 
图2、显示了HDO8108A固有放大器噪声
 
还要记住,有多种方式可以用来度量噪声测量:RMS值和标准偏差(图3),前者包含任何的DC偏置,而后者在计算RMS之前从每个测量电压中减去平均值(平方和的平方根),因此,标准偏差是噪声变化的更真实的度量。
 
图3、噪声测量可以RMS或标准偏差来度量
 
从图3中得知图2中测试到的示波器本底噪声的标准偏差是145 μV, 现在我们已经了解了HDO8108A在噪声测量方面的能力。
 
现在,让我们做一个最简单的电源电压测量实验:1.5 V电池??悸堑降绯啬诜⑸牡缁Х从?,以及由于探测引起的一点电流消耗,我们预测电压可能会上会有一些噪声。因此,我们将电池放在一个盒子中,将引线连接到它,然后将它们连接到示波器中,至少可以说,显示屏上的内容令人惊讶(图4)。
 
图4、1.5 V电池的初始测量结果
 
在图4的顶部是测量到的电池噪声(粉红色,Ch2),下面是作参考的示波器基底噪声(黄色,Ch1),两者使用相同的垂直标度,可以看到电池电压噪声很大,比我们预期的要大很多。测量的平均电压为1.56 V,3mVsdev噪声峰峰值为33 mV。
 
不仅如此,而且噪声中似乎还有一些相当高频的成分,并且具有某种周期性。我们将示波器的水平时基设置为20μV/ div,检查采样率,设置为最大10 GS / s。确??梢圆痘袷静ㄆ骺梢圆痘竦乃懈咂敌畔?。
 
使用HDO8108A的频谱分析功能,我们可以进行一致性检验,即在频域中查看此信号(图5)。从顶部的全频谱图可以看出,噪声频带确实是非???,到了示波器的1 GHz全带宽,而且没有任何消失的迹象。
 
图5、电池电压测量的频谱分析图
 
在图5的底部是频谱的前100 MHz的放大图,噪声中有明显的峰值,奇怪的是,它几乎从15 MHz开始,接着是30 MHz,45 MHz,依此类推,这无疑是电池信号上的人为RF噪声。
 
还要注意,频谱分析显示出的奇怪现象:偶次谐波,这只有在噪声源失真的情况下才会发生,波形在一个周期内反对称。因此,我们的噪声源可能是占空比失真的时钟,或者其脉冲中的上升和下降时间不同,但是高次谐波比1 / f下降得更慢,噪声源可能更像是一堆脉冲。
 
因此,明显的补救措施是为1.5V电池提供一些屏蔽, 在将其小心地包裹在铝箔中之后,重复测量,结果发现噪声频谱与第一次测量的噪声频谱几乎完全相同。
 
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