如何评估一台用于低功耗测量的示波器 - Keysight.PDF

如何评估一台用于低功耗测量的 示波器 应用指南 便携、移动、环保且能够长时间待机的产品越来越 低功耗测量挑战的示波器可以极大增强工程师的能力，帮 受用户欢迎，不断增长的市场需求推动产品创新转型。现 助他们分析、理解、调试和评估这些设计。 在的时代，性能不再决定一切，低功耗才是王道! 随着降 低功率的需求日益增长，设计团队必须采用创新的设计方 本应用指南将阐述示波器中和低功耗测量相关的特 法和架构加以应对，而器件、子系统和系统级产品等领域 点，包括软件和探头部分。我们以 Agilent Infiniium S 系列 也因此发生巨大变化。要实现低功耗创新，关键在于必须 示波器和 N2820A 电流探头为例展开讨论。本应用指南中 能够测量和评估器件和子系统的功耗。采用创新技术应对 介绍的原理同样适用于其它示波器。 影响低功耗测量的限制因素 实现出色的低功耗测量涉及许多因素。有些是示波 器的固有因素，有些与探头有关。电流探头是低功耗测 量的基础。因为功率等于电压乘以电流 (P = V x I) ，对于许 多低功耗应用，电压是恒定的，所以通过电流测量结果 便可计算出功率。传统电流探头通常夹在电线周围，通 过霍尔效应、变压器技术或结合这两种方法来测量电流 值，并在示波器上显示。 低功耗测量对测试提出了多方面挑战。动态范围 (受 噪声影响) 和灵敏度 ( 图 1) 是两个最大的挑战。 图 1. 低功耗测量的关键挑战是示波器系统的垂直灵敏度。当你改变 设置观察高功耗时的信号峰峰值时, 通常会导致看不到低功耗时的 传统的电流探头动态范围有限，总动态范围由探 信号细节, 因为在低功耗下, 信号被示波器本底噪声淹没了 。 头本身及其连接的示波器决定。我们将深入分析每种因 素，并提供一些最佳的实践方法，以帮助您对低功耗器 件实施最精确的电流测量。 噪声 我们首先讨论示波器相关的低功耗挑战。示波器的 固有噪声对其显示微小信号细节有很大影响。量程设置 越大，示波器的绝对噪声越大。量程设置越小，示波器 的绝对噪声越低。示波器用户将会永远看不到示波器噪 声之下的信号细节。示波器本底噪声值通常由示波器厂 商提供和公布。不过，电流探头插入示波器后，噪声电 平将会增加。对于自身信号完整性很好的示波器，总体 噪声通常更多取决于探头而不是示波器本身。只要被测 信号超过示波器及所连探头的噪声电平，用户就能看到 其波形。如果噪声超过了测量系统的最小分辨率，那么 噪声就会成为低功耗测量的制约因素。稍后，我们会在 本文中讨论降噪技术。 图 2. 如果尝试通过放大波形电压显示以查看更多细节, 很可能会遇 到噪声问题。噪声会掩盖信号细节。成功的关键在于, 降低示波器 系统的本底噪声, 将信号从噪声中剥离出来。 2 分辨率 示波器分辨率是限制您查看小电流信号的另一个 因素。分辨率是示波器在某个特定量程设置下能够测量 的最小电流值。电流测量分辨率等于全屏电流量程值除 以示波器量化级数。配备 8 位 ADC 的示波器可提供 28 (即 256) 个量化级数。配备 10 位 ADC 的示波器可提供 210 ( 即 1024)个量化级数。 图 3 中的信号显示了手机从省电模式切换到较大功 率状态，再返回睡眠模式的波形变化。要捕获该信号， 示波器必须重新设置量程以捕获最大功率电平。在本例 中，垂直刻度设置为 200 mA/格，量程为 8 格即 1.6 A 。对 于 8 位 ADC ，分辨率等于 1.6 A 除以 28 (256 个量化级数) ， 即 6.25 mA 。小于此值的信号细节被噪声淹没，无法观 察到，需要重新设置垂直刻度以捕获省电模式下的信 号。在 Infiniium S 系列等 10 比特高清示波器上，分辨率 等于1.6 A 除以 210 (1024 个量化级数) ，即 1.56 mA ，分辨率 图 3. 假如要