2021年03月25日 | 示波器小信号测量 - 信号完整性Troubleshooting 好帮手

什么是小信号？

绝对幅度很小的信号
附加在直流信号上，变化范围很小的信号
信号幅度时大时小，动态范围超过100倍
电磁辐射信号，随距离变化而变化

如何选择正确的示波器测量小信号

选择以信号保真度和完整性见长的示波器: Infiniium S 系列示波器

选择合适的探头：偏置范围和探头衰减/增益比两个指标最重要

• N2820A/21A 500KHz~3MHz 示波器探头可测量3uV 和50uA 的小信号

• N7020A 1:1 2 GHz 示波器探头可测量亚mV级的信号

• 普通1:1无源和各种> 1:1 的探头

最大化示波器垂直分辨率的小窍门

• 要让示波器的 ADC 工作在满量程状态下

有局限性的其它窍门

• 使用高分辨率方式降低示波器本底噪声

• 使用平均方式降低示波器本底噪声

• 使用带宽限制或低通滤波器来降低示波器本底噪声

Infiniium S 系列示波器www.keysight.com

如何选择正确的示波器测量小信号

选择以信号保真度和完整性见长的示波器: 如Infiniium S 系列示波器

1. 10比特和8比特ADC的区别
2. 如何评估示波器本底噪声
3. 垂直刻度和量程对测量精度的影响
4. 频响曲线对测量精度的影响
5. 频域杂散对测量精度的影响
6. 时基精度对测量精度的影响
7. 示波器固有抖动对测量精度的影响
8. 示波器的有效位(ENOB ，是垂直和水平系统精度的综合反映)

选择合适的探头：偏置范围和探头衰减/增益比两个指标最重要

选择以信号保真度和完整性见长的示波器

选择ADC位数更高的示波器：10比特比8比特示波器分辨率好4倍

– 内部采用单颗ADC: 40 GSa/s 实时采样率,10比特

– ADC ENOB 高达8.7位

– 在500MHz~8GHz带宽范围内，不必再选择8比特示波器了

选择以信号保真度和完整性见长的示波器

不同量程示波器本底噪声是不同的，选择低噪声示波器

Infiniium S 系列示波器 vs Infiniium 9000 系列：以 4 GHz 带宽为例

新的低噪前端包括几片新的ICs, 50Ω和1MΩ路径, 模拟滤波器

Demo 01 - S 示波器底噪测量

选择以信号保真度和完整性见长的示波器

波形形状要不失真：选择频响经过校准的示波器

在Infiniium S 系列示波器之前，只有高端的示波器才采用频响校准滤波技术

选择以信号保真度和完整性见长的示波器

同时观察大信号和小信号：选择动态范围大的示波器

ü 选择以信号保真度和完整性见长的示波器 :Infiniium S 系列示波器

ü 选择合适的探头：偏置范围和探头衰减/增益比两个指标最重要

• N2820A/21A 500KHz~3MHz探头可测量 3uV 和 50uA 的小信号

• N7020A 1:1 2GHz探头可测量亚mV级的信号

• 其它常见的探头 ：20MHz, 35MHz, 13GHz …

测量小信号：<=500KHz , 3uV ~ 1.2V 差分,+/-12V共模

可作为电压探头使用
电压 : 3uV ~ 1.2V
动态范围: 20,000:1
带宽范围全局通道: 3MHz带宽范围局部通道: 500kHz
也提供单通道型号 N2821A

Demo 02 - Infiniium S 系列示波器搭配N2820A探头测量小信号

用N2820A电流探头(0.003:1)测试手机耗电

S 系列10比特示波器的垂直分辨率是其它示波器的4倍，而N2820A 探头又在这基础上，将分辨率提升了50倍

以智能手机耗电测试为例

以智能手机耗电测试为例：垂直分辨率与动态范围

两个问题要解决
• 分辨率/灵敏度
• 动态范围

使用N2820A电流探头(1:300)测试手机耗电

N2820A电流探头特性

• 量程和动态范围由所使用的前端附件决定
最小可测电流：50uA
最大可测电流：5 A
动态范围最大超过 20,000:1
• 带宽
3 MHz 全局通道
500 kHz 局部细节放大通道
• 前端连接部分可更换阻值: 20 mΩ, 100 mΩ 以及用户自定义模块
• 新的自动测量项目 – 特定时间范围内的电流消耗(AmpH)
• 兼容InfiniiVision 3kX, 4kX, 6kX 以及 Infiniium S, 9k, 9kX/Q/Z (with N5449A)

ü 选择以信号保真度和完整性见长的示波器 : Infiniium S 系列示波器

ü 选择合适的探头：偏置范围和探头衰减/增益比两个指标最重要

• N2820A/21A 500KHz~3MHz探头可测量 3uV 和 50uA 的小信号

• N7020A 1:1 2GHz探头可测量亚mV级的信号

• 其它常见的探头 ：20MHz, 35MHz, 13GHz …

Infiniium S 系列示波器配合N7020A探头做电源纹波测试

• 优异的底噪声指标

Demo 03 - S示波器搭配N7020探头测量小信号

选择正确的探头测量小信号测量电源纹波: < 10mV on 1.1,1.5,1.8,3.3,5,12&24V

电源小信号测试用探头N7020A

• 带宽: 2GHz
• 偏置：+/- 24V
• 输入电压范围 : +/-850mV
• 噪声: ~35uVrms@2GHz
• 标配附件：一米长SMA电缆和8英寸焊接前端
• 输入阻抗@DC：50 kohm
• 输出阻抗： 50ohm

探头衰减比：0.003:1优胜于1:1, 3.45:1,5:1优胜于10:1探头

衰减比越小越好，配合磁珠效果更好

• 磁珠套在靠近探头前端的地方
• 1:1 无源探头比10:1无源探头好
20MHz 或 35MHz (N2870A) 带宽
• 地线要尽可能短
• 1130A~1134A , 1168A ~ 1169A 探头衰减比3.45:1 , 可使用SMA探头放大器和自制SMA前端

Demo 04 - 示波器测量小信号时的技巧

最大化示波器垂直分辨率的小窍门

• 要让示波器的ADC工作在满量程状态下

有局限性的其它窍门

• 使用高分辨率方式降低示波器本底噪声

• 使用平均方式降低示波器本底噪声

• 使用带宽限制或低通滤波器来降低示波器本底噪声