航天工业正越来越多地使用速度更快、密度更高的FPGA和宽带ADC/DAC组件，这些组件通常都是由开关型直流-直流(DC-DC)和负载点稳压器产生的越来越低电压供电。糟糕的PCB布局、不恰当的平面规划(floor planning)、无效的去耦合和微弱的滤波都会在给这些敏感组件供电的电压轨上产生交流噪声、干扰和瞬变讯号…

 

航天工业正越来越多地使用速度更快、密度更高的FPGA和宽带ADC/DAC组件，这些组件通常都是由开关型直流-直流(DC-DC)和负载点稳压器产生的越来越低电压供电。糟糕的PCB布局、不恰当的平面规划(floor planning)、无效的去耦合和微弱的滤波都会在给这些敏感组件供电的电压轨上产生交流噪声、干扰和瞬变讯号。

 

想象以下场景：最新的硬件将要试运行，你已经成功地启动亮闪闪的新板，即将开始功能测试，却发现电源轨压降(rail droop)、接地反弹、电源引起的频率与数据抖动，以及在ADC/DAC输出频谱中存在带内杂散(in-band spur)。这些现象为什么会发生？如何确定其根源及情况有多糟？负载对交流噪声以及电压轨上的涟波(ripple)有多敏感？它们的PSRR是多少？电源电压要多安静才能达到其被要求的效能？

 

使用示波器测量直流电源轨上的微弱交流(AC)噪声是很有问题的：首先，仪器和探针会增加额外的噪声，人们弄不清噪声是测量引起的还是电源引起的。偏移量也可能受限制，使你无法放大查看并分析直流电源上的交流干扰。另外，示波器的输入阻抗可能会成为电源轨的负载，其带宽可能受限，因此会掩盖高频开关瞬时噪声。

 

由于人们越来越多使用速度更快、密度更高的FPGA和宽带ADC/DAC(由开关稳压器产生的低电压供电)，加上不良的设计方法，工程师在生产和除错(debug)他们的航空电子硬件时需要能够放大直流电源轨以查看交流瞬变、噪声和涟波。示波器通常没有足够的偏移量将直流电源轨定位在屏幕中心以获得所需的测量结果。在讯号路径中放置一个隔流电容(blocking capacitor)可以解决偏移量问题，但也会掩盖一些重要信息，如压缩或低频漂移。

 

最新的低噪声探针具有良好的噪声指数，因此不会影响直流电源上的交流干扰与涟波测量结果。第一步测试是将输入端短路，验证探针和示波器是否适合所要求的测量任务。图1总结了直流电源轨上的低水平交流噪声的测量过程，可以看出，使用电源完整性探针代替标准探针可以减少基线噪声。