鎖定低頻噪聲，發現交流耦合與直流抑制在測量中的奧秘
2024-07-26 08:28:55 EETOP交流耦合和直流抑制模式的應用
涉及直流電源軌的噪聲和/或紋波時，一種非常普遍的做法是，使用交流耦合示波器輸入或使用具有直流抑制功能的探頭。當直流偏移不足時，用戶通常會選擇使用交流耦合或直流抑制設置。我們發現，由于關注清潔電源，用戶比以往任何時候都更有興趣了解其電源的電壓和噪聲特性。
交流耦合和直流抑制探頭對比
了解交流耦合和直流抑制模式
本文探討了交流耦合和直流抑制模式一些可能出人意料或未知的特性，以及這些模式最終如何導致錯誤的結論。當我們考慮這兩種模式的功能時，可以想象將一個電容器串聯到示波器的輸入端，從而了解這將如何影響低頻響應。更常見的是，當我們考慮探頭和示波器時，我們會關注高頻響應和滾降特性，而忽略低頻行為。
請注意，本文所載數字表示實驗結果，并不反映實際保證的規格要求。上圖比較了幾種設置的低頻響應并說明了不同之處。
在上圖中，為了實用起見，我選擇將 1 Hz 作為低頻極限，把 100 kHz 作為高頻極限，因為在 100 kHz 以上時，所有探頭的行為都相似。下表提供了更多詳細信息，并顯示了使用不同探測/設置時測量的 3dB 帶寬。
MSO68B 示波器的功率測量和分析選項 (PWR) 包含 FRA（頻率響應分析）工具。使用該工具收集數據，并與 AFG31000 系列任意波形/函數發生器配合使用，執行頻率掃描。將數據從示波器應用程序導出到 CSV 文件，然后再導入 Excel 進行繪圖和分析。除6 B 系列 MSO 外，4 B 系列 MSO和5 B 系列 MSO示波器也包含 PWR 套件。
根據發布的規格說明書，MSO68B 示波器在交流耦合模式下的滾降頻率小于10 Hz，因此測量值 7 Hz 符合規格要求。與使用 TPP1000 相同，低頻 3dB 點應小于 1Hz。我沒有找到 TPR1000 或 TDP1000 探頭符合低頻響應規格要求的說明。
最近，我遇到一個應用案例，其中客戶期待電源軌噪聲小于 5Hz。解決方案中存在許多相互沖突的選擇。TPP1000 探頭在交流耦合模式下可以處理低頻信號，但是 10 倍衰減對于測量的噪聲水平有不利影響。1 倍模式下的 P6247 一直是處理電源軌噪聲的不錯選擇，但由于它具有滾降特性且采用傳統設計，因此產生的噪聲較大，客戶無法接受。
直流耦合模式下的 TPR1000 電源軌探頭可以很好地滿足客戶小于 5 Hz 的噪聲要求，但選擇直流抑制模式（如表 1 所示）可能會產生誤導性結果。TPR1000 的一個強大功能是具有較大的 ( +/- 60 V) 偏移范圍，因此能夠將大范圍的直流歸零，而無需使用直流抑制。還要記住的是，TPR 探頭對信號交流部分的負載方式與其他探頭不同。
