泰克MSO6B系列示波器低电压下电源纹波与噪声的测试挑战

电源作为算力芯片的能量来源和逻辑状态参考基准，其纹波与噪声的控制至关重要。若纹波和噪声过大，会给高速变化的逻辑信号带来大量抖动，进而产生误码 —— 即把逻辑 1 误判为 0，或把逻辑 0 误判为 1，轻则影响芯片性能，重则导致芯片无法正常工作。在高速信号验证中，关键的随机抖动和低频周期性抖动，很多都由电源的噪声和纹波引入。

电源的纹波和噪声测量，一直是电源工程师关注的焦点。随着算力芯片工作电压不断降低，电源留给纹波和噪声的裕度大幅缩小，给设计与测试都带来了难题。

设计层面，算力芯片普遍采用 POL 降压方式，将 DC-DC 变压器尽可能靠近负载端，以此有效避免传输链路上引入的外部干扰。

测试层面，则需要使用更高精度、更低底噪的示波器和专用电源纹波探头，通过降低测量系统自身引入的噪声，来实现对电源纹波和噪声的准确测量。

泰克的 MSO6B 系列示波器在底噪性能上表现优异，其底噪有效值在 20MHz 带宽下低至 8.68uV，1GHz 带宽下低至 51.5uV，是准确测量电源纹波和噪声的优选之一。

或许有人会问，若电源电压为 1V，示波器底噪稍高一些，裕量是否还有很大空间，是否可行？这需要从两个方面来理解：

其一，仪器的底噪指标通常采用有效值，而电源纹波和噪声的测量规范一般使用峰峰值。峰峰值与测量样本数相关，测量样本数越多，峰峰值越大，我们可近似认为峰峰值是有效值的 10 倍以上。

其二，电源工程师测量底噪和纹波时都会用到探头，而探头会引入额外的底噪。

为什么一定要用探头呢？原因有几点：一是探头使用便捷；二是探头能提供较高的输入阻抗，对待测电路的影响小；三是探头可提供较大的偏置电压，能在测量噪声和纹波的同时，观察到电源直流电压的变化，尤其当芯片负载处于动态变化时，电源直流电压也会随之改变。

当示波器接上探头后，再去测量底噪的峰峰值，就会发现实际底噪并不小。有示波器和探头的工程师可以尝试一下：将示波器接上探头，不接任何待测信号，在示波器上打开峰峰值测量，得到的结果就是系统底噪。

常规的示波器与探头组合，系统底噪峰峰值在 5mV 以上。但有些算力芯片和通信芯片，要求电源噪声的峰峰值必须小于 3mV，如此一来，测量系统自身的底噪就已经超出要求，测量结果自然难以达标。

为了更准确地测量电源纹波和噪声，泰克推出了专用的电源轨探头 TPR 系列。该系列探头在 20MHz 带宽下，底噪峰峰值低至 300uV，即便在 4GHz 全带宽下，底噪峰峰值也仅为 1.3mV。而且 TPR 探头支持高达 60V 的偏置电压，还有多种探头附件，不仅测量精准，使用起来也十分方便。