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      美國力科自制電源軌測量探頭-云帆興燁

      發表日期:2021/09/14 瀏覽次數:

      在測試帶寬低于10MHz且電壓靈敏度高于100mV的信號時,無論信號類型或源阻抗如何,傳統的美國力科10x無源探頭都是很好的選擇。但是,對于帶寬>10MHz和電壓靈敏度 <100mV的信號,10x無源探頭可能不是最佳選擇。


      在本文中,我們將介紹一種簡單、易于實現且低成本的替代 10x 無源探頭的方式,專門用于電源軌測量。


      與普通信號相比,電源軌特有的六個特征,使得對他們的測試面臨不同的挑戰:


      • 開關電源會發出較大的近場 RF噪聲

      • 電源軌的輸出阻抗可能小于 1 Ω

      • 可能存在較大的 DC 偏置

      • 感興趣的信號可能小至 10 mV

      • 對于低電流電源軌,希望避免引入低的 DC 阻抗負載

      • 可能存在帶寬 >100 MHz 的快速瞬變


      探測低阻抗、快速開關電源的一種替代方法是源串聯端接法,它是在 DUT 和同軸線纜連接之間串聯一個 50Ω 電阻。然后將同軸線纜連接到示波器的模擬輸入端口,選擇示波器的 1 MΩ 端接,等效電路模型和簡單實現如圖 1 所示。


      微信圖片_20210914135442.png



      測量高帶寬信號時,推薦美國力科示波器輸入阻抗設置為50Ω。然而,這不適用于電源軌測試。測量電源軌時,示波器的50Ω輸入阻抗會產生兩個問題。


      一方面,對于示波器的50Ω輸入阻抗,可以探測的最大電壓通常約為5V,更高的電壓會在50Ω電阻器中消耗過多功率,可能損壞示波器。


      另一方面,示波器50Ω輸入阻抗會向DUT引入較低的直流負載。如果DUT是3V電壓源,則 50Ω 負載將消耗約 60mA電流。如果 DUT可以提供100A電流,則探頭消耗的60mA電流是可以忽略不計的。但是,如果DUT是100mA低壓差(LDO)電源,則被探頭消耗的60mA電流將極大地影響LDO電源的性能。


      因此,我們必須選擇美國力科示波器的1MΩ輸入端接。一方面,這可以測量±40V的電壓范圍,而直流電流消耗可忽略不計。另一方面,當用同軸電纜直接連接探測低阻抗源時,美國力科示波器的1MΩ輸入端接會在快速瞬態邊沿產生大量反射。等效電路如圖 2 所示。


      222.jpg


      初始瞬變信號從低阻抗源進入同軸電纜后,沿同軸電纜傳輸到示波器的 1MΩ輸入端接。從那里,它反射回源頭。當它再次達到源的低阻抗時,信號極性變化并再次發生反射,反射信號進入示波器并將輸入信號拉低,然后反射再次重復發生。最終結果是在示波器看到出現比較大振鈴的信號。


      這個問題的解決方法是:向DUT 添加一個50Ω源串聯端接。結果就是,一半的電源電壓被發送到同軸電纜,到達示波器的1MΩ輸入終端并反射回來。示波器測得的初始電壓是發射電壓的 2 倍,正好等于源電壓。


      當反射信號到達源時,它會看到與低阻抗源串聯的50Ω電阻器,只要源阻抗小于 5Ω,實際上就沒有反射并且反射被終止。


      在圖 3 所示的示例中,具有0.1Ω源阻抗的5V開關電源 (SMPS)以幾納秒的上升時間開啟,左側是在示波器設置為1MΩ輸入端接的情況下測量的,多次反射清晰可見。右側是將50Ω源串聯電阻添加到同軸電纜末端,防止多次反射。


      333.jpg


      這種在同軸電纜末端添加50Ω源串聯電阻的簡單方法是在高帶寬下探測電源軌的低成本替代方案,是10x探頭的替代方法,作為1x探頭還具有不會衰減信號的優勢。


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