電源噪聲是疊加在芯片直流電壓上的噪聲，為此需要將示波器的偏置電壓設(shè)到與直流電壓相等的水平，再測量電源的噪聲。例如某芯片的供電電壓是3.3V，首先將示波器的偏置電壓調(diào)到3.3V，然后再測試3.3V直流電源上的噪聲波動，但是示波器在該偏置電壓的垂直擋位會受限，一般只能到20mV/div，用來測試mV級別的電源噪聲，會帶來很大的誤差。
為了解決類似問題，有的工程師使用隔直電容去除直流，但會導(dǎo)致直流電源壓縮和丟失低頻漂移信息。如果電容值選取不當(dāng)，還會影響高頻能量。
圖5 示波器的偏置補(bǔ)償能力受限
圖6 隔直電容影響低頻信息
3.4 探頭的探接方式
電路形態(tài)各異，需要有更靈活的方法來進(jìn)行信號的探接。探接的穩(wěn)定性和寄生參數(shù)對被測電源電路的影響不可忽視，所以需要盡量貼近芯片的管腳，并使用短地線。
圖7 貼近芯片管腳，使用短地線
3.5 示波器的FFT能力
由于電源分布網(wǎng)絡(luò)PDN會受到干擾噪聲的來源，因此需要示波器具有強(qiáng)大的FFT分析能力，以便分析的干擾噪聲的頻率，進(jìn)而排查噪聲的源頭。
圖8 FFT分析電源噪聲的頻譜
4、羅德與施瓦茨（R&S）的芯片電源測試方案
為了準(zhǔn)確地測量芯片的電源噪聲，羅德與施瓦茨公司（R&S公司）提供了示波器主機(jī)和Power Rail電源軌探頭。
4.1 測試儀器
R&S公司推出的RTO/RTE系列示波器，具有百uV級別底噪，在標(biāo)稱帶寬內(nèi)具有1mV/div的垂直擋位（硬件實(shí)現(xiàn)，非放大），并具有強(qiáng)大的具備硬件數(shù)字下變頻器（DDC）實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)頻譜分析功能，可以幫助工程師準(zhǔn)確地測量電源噪聲，并排查干擾噪聲的來源。
圖9 RTO示波器（左）和RTE示波器（右）
Power Rail電源軌探頭RT-ZPR20（2GHz） / RT-ZPR40（3.5GHz）具有優(yōu)異的性能，專門為電源測試量身打造。
在2GHz/3.5GHz帶寬內(nèi)具備標(biāo)準(zhǔn)化的衰減比，保證能夠測試到GHz帶寬mV級別的電源噪聲；
探頭內(nèi)置+/-60V的偏置能力，提升測試系統(tǒng)的偏置補(bǔ)償能力；
探頭具有50 kΩ 的高直流輸入阻抗，可最大程度地降低對待測電源的干擾；
探頭內(nèi)部集成式 16 位數(shù)字電壓計(jì)功能可同步讀取每路電源的直流電壓數(shù)值，并可一鍵精準(zhǔn)設(shè)置示波器的偏置電壓；
專用的同軸探測線纜可焊接到電源濾波電容的兩端，標(biāo)配的點(diǎn)測附件則便于PCB上不同位置的輕松探測。
圖10 RT-ZPR20/40關(guān)鍵參數(shù)
圖11 RTO-ZPR20/40的各種連接方式與帶寬
4.2 測試實(shí)例
下面介紹利用RTO示波器和 Power Rail電源軌探頭RT-ZPR20測試電源噪聲，并排查噪聲來源的實(shí)例。
圖12 一次探接便可從時(shí)頻域測試電源噪聲
