當(dāng)前的電路和系統(tǒng)使用1.2V甚至更低的供電電壓運(yùn)行，即使電壓的微小變化也會(huì)產(chǎn)生誤碼、抖動(dòng)、錯(cuò)誤切換以及與瞬態(tài)相關(guān)的問題，難以解決。
測(cè)量供電電壓上的噪聲似乎是一項(xiàng)非常簡(jiǎn)單的任務(wù)。然而，有一些基本的陷阱可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤，甚至是徹底的奇怪結(jié)果。讓我們來看看其中一個(gè)挑戰(zhàn)：RF干擾。我們將展示RF干擾對(duì)電源測(cè)量的影響，然后我們將展示一種有效的減輕這種影響的方法。
但在我們討論這個(gè)問題之前，讓我們暫時(shí)退一步。了解示波器的功能（和限制）始終很重要，因?yàn)橛辛诉@些知識(shí)，可以更好地預(yù)測(cè)產(chǎn)生的測(cè)量結(jié)果。
如果我們談?wù)摐y(cè)量噪聲，特別是測(cè)試低電平信號(hào)時(shí)，我們真正想知道的是示波器的本底噪聲。前端放大器產(chǎn)生多少固有噪音？
圖1、力科HDO8108A的噪音極低，約為145μV
以力科的HDO8108A示波器（圖1）為例，該示波器提供1 GHz的帶寬，8個(gè)模擬輸入通道和12位垂直分辨率。它也恰好是我們接下來用于測(cè)量演示的工具?？梢酝ㄟ^簡(jiǎn)單地將輸入通道接地來觀察儀器的內(nèi)部放大器噪聲，結(jié)果如圖2所示，受益于HDO的垂直分辨率，我們可以獲得非常精確的測(cè)量結(jié)果。
圖2、顯示了HDO8108A固有放大器噪聲
還要記住，有多種方式可以用來度量噪聲測(cè)量：RMS值和標(biāo)準(zhǔn)偏差（圖3），前者包含任何的DC偏置，而后者在計(jì)算RMS之前從每個(gè)測(cè)量電壓中減去平均值（平方和的平方根），因此，標(biāo)準(zhǔn)偏差是噪聲變化的更真實(shí)的度量。
圖3、噪聲測(cè)量可以RMS或標(biāo)準(zhǔn)偏差來度量
從圖3中得知圖2中測(cè)試到的示波器本底噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差是145 μV, 現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了HDO8108A在噪聲測(cè)量方面的能力。
現(xiàn)在，讓我們做一個(gè)最簡(jiǎn)單的電源電壓測(cè)量實(shí)驗(yàn)：1.5 V電池?？紤]到電池內(nèi)發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，以及由于探測(cè)引起的一點(diǎn)電流消耗，我們預(yù)測(cè)電壓可能會(huì)上會(huì)有一些噪聲。因此，我們將電池放在一個(gè)盒子中，將引線連接到它，然后將它們連接到示波器中，至少可以說，顯示屏上的內(nèi)容令人驚訝（圖4）。
圖4、1.5 V電池的初始測(cè)量結(jié)果
在圖4的頂部是測(cè)量到的電池噪聲（粉紅色，Ch2），下面是作參考的示波器基底噪聲（黃色，Ch1），兩者使用相同的垂直標(biāo)度，可以看到電池電壓噪聲很大，比我們預(yù)期的要大很多。測(cè)量的平均電壓為1.56 V，3mVsdev噪聲峰峰值為33 mV。
不僅如此，而且噪聲中似乎還有一些相當(dāng)高頻的成分，并且具有某種周期性。我們將示波器的水平時(shí)基設(shè)置為20μV/ div，檢查采樣率，設(shè)置為最大10 GS / s。確保可以捕獲示波器可以捕獲的所有高頻信息。
使用HDO8108A的頻譜分析功能，我們可以進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，即在頻域中查看此信號(hào)（圖5）。從頂部的全頻譜圖可以看出，噪聲頻帶確實(shí)是非常寬，到了示波器的1 GHz全帶寬，而且沒有任何消失的跡象。
圖5、電池電壓測(cè)量的頻譜分析圖
在圖5的底部是頻譜的前100 MHz的放大圖，噪聲中有明顯的峰值，奇怪的是，它幾乎從15 MHz開始，接著是30 MHz，45 MHz，依此類推，這無疑是電池信號(hào)上的人為RF噪聲。
還要注意，頻譜分析顯示出的奇怪現(xiàn)象：偶次諧波，這只有在噪聲源失真的情況下才會(huì)發(fā)生，波形在一個(gè)周期內(nèi)反對(duì)稱。因此，我們的噪聲源可能是占空比失真的時(shí)鐘，或者其脈沖中的上升和下降時(shí)間不同，但是高次諧波比1 / f下降得更慢，噪聲源可能更像是一堆脈沖。
因此，明顯的補(bǔ)救措施是為1.5V電池提供一些屏蔽, 在將其小心地包裹在鋁箔中之后，重復(fù)測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)噪聲頻譜與第一次測(cè)量的噪聲頻譜幾乎完全相同。