低噪聲的重要性,源自電池技術(shù)及低噪聲、低電壓應用的行業(yè)發(fā)展大勢,必須真正實現(xiàn)低電壓,才能使移動設備中的功率保持在很低的水平,否則電池很容易就耗干了。這些因素正推動著所有這些技術(shù)朝著低電壓的方向發(fā)展,精確的測試和評估系統(tǒng)成為必須的工具,而只有測試系統(tǒng)本身保持精確的低噪聲,才能保證我們需要測量的信號不被湮沒在測試系統(tǒng)本身的噪聲中。這正是業(yè)界普遍面臨的測試挑戰(zhàn)。
讓示波器只顯示輸入信號,而不要摻雜其他的信號,就需要示波器更純粹地表征信號。提到最新推出的MSO 6,工程師出身的泰克科技總裁Pat Byrne充滿興奮地說:“6系列MSO的關鍵特色之一,并不僅僅是低噪聲設計,而是實現(xiàn)了高分辨率下的低噪聲,以及帶寬高達8GHz時候的低噪聲表現(xiàn)。因此,這樣的采樣頻率,這樣的噪聲性能,這樣的垂直分辨率,真正代表了測量科學的前沿水平。”
MSO6示波器前端低噪放ASIC TEK061實現(xiàn)了突破性的噪聲性能,與普通示波器相比,噪聲降低約75%(5mV/div,1 GHz時)。MSO6提供了多個低噪聲輸入,特別是在最關鍵的高靈敏度設計中,提升了測量信心。例如,現(xiàn)代嵌入式設計要求干凈、精確控制的DC電源,為ASIC和FPGA器件輸送信號。對這些應用,6系列MSO使得設計人員可以以更高分辨率和準確度測量DC電源軌道,縮短了解設計中電源軌道上高頻影響源所用的時間。
這里分享了準確測量示波器噪聲的七條規(guī)則,篇幅限制,此處只列出三點,查看PDF文件閱讀全文。
1.噪聲必須是測量出來的,而不是用眼睛看出來的。
有儀器廠商的銷售在做演示的時候,指著屏幕中間的軌跡線說:“看,這示波器噪聲看起來多小”。但實際上評估噪聲差異是量化的,而不是純粹用看的。示波器在獲取數(shù)百萬個模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)點,然后進行壓縮,顯示在顯示屏幕的像素中。選擇怎樣以看得到的方式壓縮數(shù)據(jù),怎樣獲得輝度等級,是一個非常復雜的過程。某些方法可能會把重要的數(shù)據(jù)平滑化,其他方法可能會過分顯現(xiàn)噪聲尖峰。也就是說,可視表示方法會受到怎樣柵格化軌跡的影響,而這和實際存在的噪聲一點兒關系沒有。噪聲必須是測量出來的,而不是用眼睛看出來的。
2.確保把兩臺示波器設置相同的滿刻度電壓,而不是相同的伏/格。
現(xiàn)代示波器,每個廠商都以不同的方式對屏幕分格,泰克使用10格,而有些其他品牌示波器用8格。如果8格示波器設置成100mV/div,那么泰克示波器必須設置成80mV/div才能進行同等比較。也可以把測得的噪聲除以滿刻度電壓,按百分比測量噪聲。不管是哪種方式,如果這兩臺示波器以不同方式對屏幕分格,都不能直接對比某個V/div設置下的絕對噪聲。
假設示波器 X在100mV/div時的RMS噪聲為3mV,但是屏幕為8格。另一臺示波器Y在100mV/div時的RMS噪聲是3.5mV,但是屏幕為10格。示波器 X和示波器 Y哪一臺的噪聲更高?有人說,在100mV/div下,示波器 Y的 “噪聲更高” ,事實真是這樣嗎?正確的說法是,在100mV/div下,示波器 X是8 * 100mV或800mV滿刻度。3mV/800mV = 0.375%噪聲。在100mV/div下,示波器Y有10 * 100mV或1V滿刻度。3.5mV/1V = 0.35%噪聲。因此,示波器 Y在100mV/div下的噪聲較低,盡管其噪聲值看起來比較高。
大家可以看到,為比較兩臺示波器在相同伏/格設置下的噪聲,必須使用滿刻度的百分比,而不是絕對電壓。如果想使用絕對電壓,那么滿刻度必須相同。在上面的例子中,示波器 Y應設置成80mV/div才能進行準確對比 (10格 * 80mV/div 等于 8格 * 100mV/div)。
3.不要測量峰峰值噪聲,而應該測量AC-RMS值
人們一般把示波器置于連續(xù)運行模式,測量峰峰值噪聲。但是,這個值并不是無界的,因為測量運行時間越長,這個值變得越大。如果兩臺示波器的噪聲相等,那么數(shù)據(jù)處理速度更快的示波器顯示的峰峰值噪聲要高于處理數(shù)據(jù)較慢的示波器。而RMS測量在統(tǒng)計上是有效的,沒有上面的峰峰值問題。因此,在我們評估示波器的噪聲的時候,應該用專門的AC-RMS測量,泰克示波器就有直接的AC-RMS選項。