當(dāng)前的電路和系統(tǒng)使用1.2V甚至更低的供電電壓運(yùn)行，即使電壓的微小變化也會(huì)產(chǎn)生誤碼、抖動(dòng)、錯(cuò)誤切換以及與瞬態(tài)相關(guān)的問題，難以解決。

測量供電電壓上的噪聲似乎是一項(xiàng)非常簡單的任務(wù)。然而，有一些基本的陷阱可能會(huì)導(dǎo)致測量錯(cuò)誤，甚至是徹底的奇怪結(jié)果。讓我們來看看其中一個(gè)挑戰(zhàn)：RF干擾。我們將展示RF干擾對(duì)電源測量的影響，然后我們將展示一種有效的減輕這種影響的方法。

但在我們討論這個(gè)問題之前，讓我們暫時(shí)退一步。了解示波器的功能（和限制）始終很重要，因?yàn)橛辛诉@些知識(shí)，可以更好地預(yù)測產(chǎn)生的測量結(jié)果。

如果我們談?wù)摐y量噪聲，特別是測試低電平信號(hào)時(shí)，我們真正想知道的是示波器的本底噪聲。前端放大器產(chǎn)生多少固有噪音？

圖1、力科HDO8108A的噪音極低，約為145μV

以力科的HDO8108A示波器（圖1）為例，該示波器提供1 GHz的帶寬，8個(gè)模擬輸入通道和12位垂直分辨率。它也恰好是我們接下來用于測量演示的工具。可以通過簡單地將輸入通道接地來觀察儀器的內(nèi)部放大器噪聲，結(jié)果如圖2所示，受益于HDO的垂直分辨率，我們可以獲得非常精確的測量結(jié)果。

圖2、顯示了HDO8108A固有放大器噪聲

還要記住，有多種方式可以用來度量噪聲測量：RMS值和標(biāo)準(zhǔn)偏差（圖3），前者包含任何的DC偏置，而后者在計(jì)算RMS之前從每個(gè)測量電壓中減去平均值（平方和的平方根），因此，標(biāo)準(zhǔn)偏差是噪聲變化的更真實(shí)的度量。

圖3、噪聲測量可以RMS或標(biāo)準(zhǔn)偏差來度量

從圖3中得知圖2中測試到的示波器本底噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差是145 μV, 現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了HDO8108A在噪聲測量方面的能力。

現(xiàn)在，讓我們做一個(gè)最簡單的電源電壓測量實(shí)驗(yàn)：1.5 V電池。考慮到電池內(nèi)發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，以及由于探測引起的一點(diǎn)電流消耗，我們預(yù)測電壓可能會(huì)上會(huì)有一些噪聲。因此，我們將電池放在一個(gè)盒子中，將引線連接到它，然后將它們連接到示波器中，至少可以說，顯示屏上的內(nèi)容令人驚訝（圖4）。

圖4、1.5 V電池的初始測量結(jié)果

在圖4的頂部是測量到的電池噪聲（粉紅色，Ch2），下面是作參考的示波器基底噪聲（黃色，Ch1），兩者使用相同的垂直標(biāo)度，可以看到電池電壓噪聲很大，比我們預(yù)期的要大很多。測量的平均電壓為1.56 V，3mVsdev噪聲峰峰值為33 mV。

不僅如此，而且噪聲中似乎還有一些相當(dāng)高頻的成分，并且具有某種周期性。我們將示波器的水平時(shí)基設(shè)置為20μV/ div，檢查采樣率，設(shè)置為最大10 GS / s。確保可以捕獲示波器可以捕獲的所有高頻信息。

使用HDO8108A的頻譜分析功能，我們可以進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，即在頻域中查看此信號(hào)（圖5）。從頂部的全頻譜圖可以看出，噪聲頻帶確實(shí)是非常寬，到了示波器的1 GHz全帶寬，而且沒有任何消失的跡象。

圖5、電池電壓測量的頻譜分析圖

在圖5的底部是頻譜的前100 MHz的放大圖，噪聲中有明顯的峰值，奇怪的是，它幾乎從15 MHz開始，接著是30 MHz，45 MHz，依此類推，這無疑是電池信號(hào)上的人為RF噪聲。

還要注意，頻譜分析顯示出的奇怪現(xiàn)象：偶次諧波，這只有在噪聲源失真的情況下才會(huì)發(fā)生，波形在一個(gè)周期內(nèi)反對(duì)稱。因此，我們的噪聲源可能是占空比失真的時(shí)鐘，或者其脈沖中的上升和下降時(shí)間不同，但是高次諧波比1 / f下降得更慢，噪聲源可能更像是一堆脈沖。

因此，明顯的補(bǔ)救措施是為1.5V電池提供一些屏蔽, 在將其小心地包裹在鋁箔中之后，重復(fù)測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)噪聲頻譜與第一次測量的噪聲頻譜幾乎完全相同。

我們仔細(xì)觀察屏蔽電池和外殼，注意一下：只有同軸電纜的中心導(dǎo)體與箔片接觸，同軸電纜的屏蔽層沒有，它是浮著的。當(dāng)然，只有屏蔽連接到儀器的返回路徑，屏蔽才真正有效。由于這個(gè)同軸電纜屏蔽層與電池周圍的箔片斷開，因此RF噪聲不會(huì)被屏蔽，將完全被傳輸?shù)叫盘?hào)線。

所以再試一次，這次將同軸電纜的屏蔽層連接到鋁箔上,如圖6底部所示，差異是很明顯的。噪聲從-60 dBm變?yōu)?100 dBm，相當(dāng)于減少了4倍。

圖6、電池電壓的頻譜分析圖（電池已正確屏蔽）

作為最后的確認(rèn)，將正確屏蔽的電池噪聲與示波器基底噪聲的測量結(jié)果進(jìn)行比較（圖7）。那是Ch1（黃色）是示波器基底噪聲和Ch2（粉紅色）是電池噪聲，它們實(shí)際上是相同的，事實(shí)上，電池的噪音要低于示波器的本底噪聲。

圖7、示波器本底噪聲（黃色）和屏蔽電池噪聲（粉紅色）幾乎是相同的

那么，如何發(fā)現(xiàn)并減少電源測量中的噪聲呢？

當(dāng)用除屏蔽良好的同軸連接之外的任何東西探測低電平信號(hào)時(shí)，都會(huì)遇到RF干擾。任何與DUT屏蔽分開的裸露導(dǎo)體都會(huì)像天線一樣。

而且，RF干擾通常具有寬帶性質(zhì)，為了最大限度地減少這個(gè)方面的影響，希望我們的探針前端盡可能設(shè)計(jì)成像同軸電纜一樣，該前端中的任何電感都會(huì)降低測量帶寬，并可能導(dǎo)致測量中出現(xiàn)振鈴，但更糟糕的是，將獲得“天線效應(yīng)”并且探頭將容易接收到RF干擾，因此，希望示波器和DUT之間的連接看起來盡可能像同軸連接。

在測試設(shè)計(jì)方面，如果可以以微型同軸連接器的形式在測試板上添加測試點(diǎn)，然后將同軸電纜連接到這些點(diǎn)，那么將在很大程度上消除任何RF干擾的可能性。