《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何發(fā)現(xiàn)并減少電源測量中的噪聲?

2019-06-12
關(guān)鍵詞: 噪聲 RF

  當前的電路和系統(tǒng)使用1.2V甚至更低的供電電壓運行,,即使電壓的微小變化也會產(chǎn)生誤碼,、抖動,、錯誤切換以及與瞬態(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非常簡單的任務(wù),。然而,,有一些基本的陷阱可能會導致測量錯誤,,甚至是徹底的奇怪結(jié)果,。讓我們來看看其中一個挑戰(zhàn):RF干擾。我們將展示RF干擾對電源測量的影響,,然后我們將展示一種有效的減輕這種影響的方法,。

  但在我們討論這個問題之前,,讓我們暫時退一步。了解示波器的功能(和限制)始終很重要,,因為有了這些知識,,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時,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,?

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  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,。

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  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值和標準偏差(圖3),,前者包含任何的DC偏置,,而后者在計算RMS之前從每個測量電壓中減去平均值(平方和的平方根),因此,,標準偏差是噪聲變化的更真實的度量,。

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  圖3、噪聲測量可以RMS或標準偏差來度量

  從圖3中得知圖2中測試到的示波器本底噪聲的標準偏差是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,,讓我們做一個最簡單的電源電壓測量實驗:1.5 V電池??紤]到電池內(nèi)發(fā)生的電化學反應(yīng),,以及由于探測引起的一點電流消耗,我們預(yù)測電壓可能會上會有一些噪聲,。因此,,我們將電池放在一個盒子中,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)。

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  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高頻的成分,并且具有某種周期性,。我們將示波器的水平時基設(shè)置為20μV/ div,,檢查采樣率,設(shè)置為最大10 GS / s,。確??梢圆东@示波器可以捕獲的所有高頻信息。

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

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  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發(fā)生,波形在一個周期內(nèi)反對稱,。因此,,我們的噪聲源可能是占空比失真的時鐘,或者其脈沖中的上升和下降時間不同,,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,。


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