【測(cè)試案例分享】 鎖定低頻噪聲，發(fā)現(xiàn)交流耦合與直流抑制在測(cè)量中的奧秘

交流耦合和直流抑制模式的應(yīng)用

涉及直流電源軌的噪聲和/或紋波時(shí)，一種非常普遍的做法是，使用交流耦合示波器輸入或使用具有直流抑制功能的探頭。當(dāng)直流偏移不足時(shí)，用戶(hù)通常會(huì)選擇使用交流耦合或直流抑制設(shè)置。我們發(fā)現(xiàn)，由于關(guān)注清潔電源，用戶(hù)比以往任何時(shí)候都更有興趣了解其電源的電壓和噪聲特性。

交流耦合和直流抑制探頭對(duì)比

了解交流耦合和直流抑制模式

本文探討了交流耦合和直流抑制模式一些可能出人意料或未知的特性，以及這些模式最終如何導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。當(dāng)我們考慮這兩種模式的功能時(shí)，可以想象將一個(gè)電容器串聯(lián)到示波器的輸入端，從而了解這將如何影響低頻響應(yīng)。更常見(jiàn)的是，當(dāng)我們考慮探頭和示波器時(shí)，我們會(huì)關(guān)注高頻響應(yīng)和滾降特性，而忽略低頻行為。

請(qǐng)注意，本文所載數(shù)字表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并不反映實(shí)際保證的規(guī)格要求。上圖比較了幾種設(shè)置的低頻響應(yīng)并說(shuō)明了不同之處。

在上圖中，為了實(shí)用起見(jiàn)，我選擇將 1 Hz 作為低頻極限，把 100 kHz 作為高頻極限，因?yàn)樵?100 kHz 以上時(shí)，所有探頭的行為都相似。下表提供了更多詳細(xì)信息，并顯示了使用不同探測(cè)/設(shè)置時(shí)測(cè)量的 3dB 帶寬。

MSO68B 示波器的功率測(cè)量和分析選項(xiàng) (PWR) 包含 FRA（頻率響應(yīng)分析）工具。使用該工具收集數(shù)據(jù)，并與 AFG31000 系列任意波形/函數(shù)發(fā)生器配合使用，執(zhí)行頻率掃描。將數(shù)據(jù)從示波器應(yīng)用程序導(dǎo)出到 CSV 文件，然后再導(dǎo)入 Excel 進(jìn)行繪圖和分析。除6 B 系列 MSO 外，4 B 系列 MSO和5 B 系列 MSO示波器也包含 PWR 套件。

根據(jù)發(fā)布的規(guī)格說(shuō)明書(shū)，MSO68B 示波器在交流耦合模式下的滾降頻率小于10 Hz，因此測(cè)量值 7 Hz 符合規(guī)格要求。與使用 TPP1000 相同，低頻 3dB 點(diǎn)應(yīng)小于 1Hz。我沒(méi)有找到 TPR1000 或 TDP1000 探頭符合低頻響應(yīng)規(guī)格要求的說(shuō)明。

最近，我遇到一個(gè)應(yīng)用案例，其中客戶(hù)期待電源軌噪聲小于 5Hz。解決方案中存在許多相互沖突的選擇。TPP1000 探頭在交流耦合模式下可以處理低頻信號(hào)，但是 10 倍衰減對(duì)于測(cè)量的噪聲水平有不利影響。1 倍模式下的 P6247 一直是處理電源軌噪聲的不錯(cuò)選擇，但由于它具有滾降特性且采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，因此產(chǎn)生的噪聲較大，客戶(hù)無(wú)法接受。

直流耦合模式下的 TPR1000 電源軌探頭可以很好地滿(mǎn)足客戶(hù)小于 5 Hz 的噪聲要求，但選擇直流抑制模式（如表 1 所示）可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)性結(jié)果。TPR1000 的一個(gè)強(qiáng)大功能是具有較大的 ( +/- 60 V) 偏移范圍，因此能夠?qū)⒋蠓秶闹绷鳉w零，而無(wú)需使用直流抑制。還要記住的是，TPR 探頭對(duì)信號(hào)交流部分的負(fù)載方式與其他探頭不同。

總結(jié)

在許多測(cè)量中，特別是在功率和噪聲測(cè)量應(yīng)用中，了解測(cè)量系統(tǒng)的低頻響應(yīng)非常重要。