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來源：Digi-Key 作者：Art Pini 高速計算機和手持便攜式設備的電源總線電壓正在下降。歷史上，5 伏電源軌的工作容差為 ±5%，而今天的低壓處理器需要更嚴格的容差，大約為 ±1%。因此，1.1 伏總線的容差為 ±11 毫伏 (mV)。確保這些配電網絡 (PDN) 的完整性需要新的測量工具。 PDN 對任何需要電源的設備來說都是常見的，因為電源軌上的噪聲、串擾或負載變化的瞬態信號會在整個系統中傳播。這些雜散信號會導致一系列其他問題，如時間抖動。因此，不僅要測量和評估直流電壓，而且要測量和評估電源軌上的噪聲、紋波和串擾。 這需要在直流電壓水平為 1 伏或更高的電源軌上觀察毫伏范圍的信號。問題就在這里。一個典型的示波器設置為 5 毫伏范圍，只能補償 ±300 毫伏的偏移。這意味著，即使是 1 伏的電源總線也會出現在屏幕之外。當然，使用更高的垂直靈敏度，如 200 mV，可將偏移范圍增加到 ±3 伏，但噪聲和紋波（假設它小于 11 mV 的電壓容差）幾乎是看不見的。這就是可以使用有源電源軌探頭的地方。 像 Teledyne LeCroy 的 RP4030 這樣的電源軌探頭從幾個方面解決了這個問題。首先，它們提供接近 1:1 的衰減范圍，以避免衰減這些已經很小的目標信號。其次，它們通過將信號路徑分成直流和交流路徑，每個路徑都有自己的輸入阻抗防止載入功率（圖 1）。 
圖 1：一個典型的電源軌探頭的簡化功能圖，顯示了平行交流和直流路徑，以及它們的頻率響應圖。（圖片來源：Digi-Key Electronics） 直流路徑提供 50 千歐 (kΩ) 的直流電阻。交流路徑則對信號采用電容耦合。直流路徑具有低通頻率響應，而交流路徑具有高通頻率響應。這些路徑在探頭輸出端相加，然后進入示波器的 50Ω 輸入端，產生平坦的頻率響應。進入 50Ω 示波器輸入帶來了最低的噪聲貢獻和最高的示波器帶寬。探頭的帶寬為 4 千兆赫 (GHz)，這樣就允許測量廣泛的雜散信號。最后，電源軌探頭提供了非常寬的高精度補償電壓，通常在 ±30 伏范圍內。 有源探頭的使用實例 讓我們看一下一個典型的測量，如圖 2 所示。這是對 1.1 伏總線上的周期性和隨機偏差 (PARD) 的測量。PARD 是一個通用的行業術語，是對瞬時總線電壓偏離其平均值或平均值本身的測量。偏差可以包括周期性信號、隨機噪聲和串擾。PARD 通常以峰-峰值來衡量。 在圖 2 中，峰-峰測量參數讀取的 PARD 值為 7.5 mV。這包括周期性、隨機性和一些狹窄的尖峰成分。PARD 不包括總線電壓在 20 Hz 以下的稱為漂移的緩慢變化。電源軌探頭提供了偏移量，在圖中 C1 注釋框中顯示為 -1.1 伏（左下角，黃色框）。本例中使用的電源軌探頭的偏移范圍為 ±30 伏。這允許使用每格 2mV (mv/div) 垂直刻度來測量信號，如果沒有探頭，垂直刻度的范圍只有 ±300mV。
圖 2：在垂直靈敏度為每格 2 mV 的情況下的 PARD 測量值。它顯示了隨機、周期性和串擾成分，在 1.1 伏的電源軌上，峰-峰值為 7.5mV。（圖片來源：Digi-Key Electronics） 電源軌探頭還包括幾個互連附件，使得這些測量更加容易，如用來對電路板進行手動探測的探查器和焊接電纜。焊接電纜提供最高帶寬，而探查器提供較低帶寬。 結語 隨著電源電壓的下降，電源完整性測量變得越來越困難，但如上所述，有源電源軌探頭可以提供幫助。這些探頭消除了動態范圍的損失，而這種損失通常發生于必須在一個高得多的直流電壓上測量小電壓的情形下。 |
