示波器是測量電源紋波和電源噪聲的必備工具，但在實際的測量中，如何選擇合適的帶寬、采樣率，如何選擇探頭、示波器的耦合方式，甚至接地，都會對測量結果帶來不一樣的影響，以下總結了一些來自具體實際案例中的關鍵注意事項。

電源紋波(Power Ripple)和電源噪聲（Power Noise)的定義

目前，關于電源紋波和電源噪聲其實并沒有一個協會給定的標準定義。但是，業內漸漸形成了一個約定俗成的說法，將電源紋波理解為電源模塊包括VRM的輸出電壓的波動,和復雜的供電網絡無關，或者說是電源輸出的源端（Source端)的電壓的波動，電源噪聲則是指電源模塊工作在實際產品系統中，經過供電分布網絡將電源能量輸送到芯片管腳處，在芯片管腳處的電壓的波動，或者簡單說是電源輸出的末端(Sink端)的電壓的波動。

也可以這么說：電壓的波動在源端叫紋波（Ripple)，在末端叫噪聲（Noise)。 

一、示波器帶寬選擇

帶寬是示波器的最重要的一個指標，理論上來說，只要帶寬覆蓋被測信號能量的99.9%，測量的誤差可以小于3%，即是合適的帶寬。因此，業界也存在著多個帶寬選擇法則，例如：5倍法則、三倍正弦波頻率、 1.8倍法則 、1/3法則。針對不同的測量信號和測量要求適用不同的法則。

根據上升時間和帶寬的關系，似乎可以得出結論，帶寬越高,測量的誤差越小。但實際上，具體的應用中并非如此。因為，示波器畢竟不是一個理想的儀器，測量系統本身有噪聲。這些噪聲包括放大器的噪聲， ADC的噪聲，有源探頭的噪聲，探頭地線感應的空間輻射噪聲及地環路耦合的傳導噪聲從信噪比的角度理解，只有當被測信號的能量 遠大于示波器測量系統本身帶來的噪聲能量的 時候即信噪比足夠大的時候，選擇的帶寬才是 合適的。電源紋波測量的帶寬選擇取決于電源開關管的上升時間，測量紋波的帶寬等于測量開關管的帶寬 。一般功率小的電源開關頻率可以達到1MHz甚至更大，對應的開關管的上升時間越小。功率大的電源開關管開關頻率小，只有100KHz甚至更小，上升時間大。但是多數開關管MOSFET上升時間達100ns。即使開關管上升時間只有30ns，1/3的上升時間也有10ns,而100MHz的示波器的上升時間只有3.5ns。因此，用100MHz帶寬示波器測量開關電源的開關管是足夠的。事實上，很少有開關管上升時間只有30ns的，限制帶寬到20MHz就足夠了。這也是很多人所說的“在測量電源紋波時需要將示波器帶寬限制為20MHz”的道理。當然，也有的開關管要求更高的帶寬。例如：新型CoolMOS上升時間11ns和下降時間3ns，帶寬要求至少300MHz。二、測量電源紋波時采樣率的選擇一般情況下，按照測量開關管所需要的采樣率選擇即可， 對于多數MOS管,按照250MS/s就足夠了。記住：采樣率的選取原則是測試感興趣的波形細節的上升沿采樣3-5個點，最好是5個以上的點，當然，高采樣率減少了測試波形的失真。

三、測量電源紋波所需要的捕獲時間

基于電網220V的AC輸入的電源紋波包含了開關頻率和工頻成份; 工頻成份是整流之后的100Hz信號 。捕獲兩個完整100Hz周期需要20ms，所以，建議時基設置為2ms/div以上。

請牢記：存儲深度=采樣率*采樣時間

在存儲深度一定的情況下，存儲速度越快，存儲時間就越短，他們之間是一個反比關系。

提高示波器的存儲深度可以間接提高示波器的采樣率：當要測量較長時間的波形時，由于存儲深度是固定的，所以只能降低采樣率來達到，但這樣勢必造成波形質量的下降；如果增大存儲深度，則可以以更高的采樣率來測量，以獲取不失真的波形。四、測量所需的示波器底噪越小越好

本底噪聲表示示波器沒有任何信號輸入時的基線幅值。用戶只是用肉眼看基線的粗細，或是測量基線的Pk-Pk，SDEV或RMS值。

作為標準測試設備，如果示波器自身的底噪比較大，那么就很難衡量出被測信號的真實情況。

如果示波器和探頭組成的測量系統的底噪接近或大于被測電源紋波/電源噪聲，也就是測量的信噪比（SNR）太小，電源紋波/電源噪聲被示波器本地噪聲淹沒了。 

五、示波器的探測方式

●采用10：1探頭的衰減電路引起的本底噪聲放大10倍問題 

示波器的輸入阻抗和探頭的阻抗構成了一條衰減器電路。示波器會自動檢測探頭的衰減比并重新調整示波器的垂直量程設置，以反應出探頭的衰減。采用10：1探頭就意味著示波器當前的垂直量程設置是示波器內部放大器輸入的10倍 。信號被衰減,但噪聲不會被衰減。軟件將衰減的信號放大10倍,噪聲也放大10倍。

因此，在選擇探測方式時會對測試結果帶來不同的影響，是選擇10：1無源探頭 ，還是1：1無源探頭或1:1同軸電纜，需要結合自己的實際情況確定。

●1：1同軸電纜對于微弱的電源紋波/噪聲測量是必須的使用衰減因子過大的探頭也會導致無法將示波器垂直靈敏度設置到最小，從而會帶來更大的量化誤差。如果使用常規的無源探頭或有源探頭，由于衰減因素為10:1，所以最小檔位只能到10mV/div或20mv/div。在20mV檔位時，底噪通常大于30mV，無法準確測試1.8/2.5等電壓在20mV檔位時，探頭的offset電壓可調節范圍很小,如果使用直流耦合，可能測量不到某些電壓。 六、示波器的耦合方式

●AC 1M歐 or DC 50歐+隔直電容？在芯片端的電源和地阻抗通常是毫歐級別的，高頻的電源噪聲從同軸電纜傳輸到示波器通道后，當示波器輸入阻抗是50歐時，同軸電纜的特性阻抗50歐與通道的完全匹配，沒有反射；而通道輸入阻抗為1M歐時，相當于是高阻，根據傳輸線理論，電源噪聲發生反射，這樣，導致1M歐輸入阻抗時測試的電源噪聲高于50歐。 

●負載效應

當探頭連接到電路后，它將從電路中獲得能量，然后發送到示波器。探頭是一種“電路網絡”，是信號源必須驅動的一個額外的“負載”。

右圖紅線左邊表示待測電路，當接上紅線右邊的探頭之后，探頭從信號源中吸收電流。 這個探頭的電路網絡包括了電阻，電感和電容。

如果探頭阻抗遠大于被測電路阻抗（對于高速電路，一般是50ohm），被探頭吸收的電路就非常非常小，如果探頭的阻抗等于電路阻抗，從被測電路吸收的電流和被測電路上流過的電流一樣。

如果探頭從被測電路吸收過多的電流，被測電路就會出現工作異常甚至停止正常。通常情況是被測電路仍然是看起來比較正常地工作，但是由于電流被吸收，測量出來信號電壓出現跌落，將影響到用戶對被測電路的真實情況的判斷，如果沒有很好地認識到探頭的負載效應的話。

●示波器設置為DC 耦合還是AC耦合？

設置AC耦合的唯一原因是在DC耦合情況下，在量程只有2mv/div甚至更小時，有些示波器的偏置電壓范圍不夠。

●多大的隔直電容是合適的?

隔直電容與示波器的50歐電阻組成的電路是一個帶通濾波器，在低頻時，可忽略電容的等效串聯電感ESL，隔直電容與示波器通道的50歐電阻組成RC電路，其低頻的3dB截至頻率為，隨著頻率升高，電容的ESL以及探頭中的寄生電感的影響越來越大，電感的感抗隨著頻率增加而增大，其高頻的3dB截至頻率跟探頭和電容的寄生電感相關。 

 

建議使用1uf以上的隔直電容。

七、接地在測試時，關于示波器的接地，請大家牢記的一項原則就是“地線越短越好”，工程師在配置時通過以下幾點做法可以保證地線盡可能的短：

●盡可能減小探頭之間的環路。

●將探頭置于合適的位置。

●探頭的線纜盡可能的遠離輻射源。

●探頭的線纜避免纏繞，以避免自身間形成環路而拾取更大的空間輻射噪聲。

●對于差分探頭，盡量將探頭的正、負線纜耦合到一起，使得探頭正、負線纜受到平衡的空間輻射，以利于共模 噪聲的消除 。