示波器捕获的噪声波形进行FFT变换的关键点

示波器捕获的噪声波形进行FFT变换的关键点

示波器捕获的噪声波形进行FFT变换，有几个关键点需要注意。

1、根据耐奎斯特抽样定律，变换之后的频谱展宽（Span）对应与原始信号的采样率的1/2，如果原始信号的采样率为1GS/s，则FFT之后的频谱展宽最多是500MHz；

2、变换之后的频率分辨率（RBW Resolution Bandwidth）对应于采样时间的倒数，如果采样时间为10mS，则对应的频率分辨率为100Hz；

3、频谱泄漏，即信号频谱中各谱线之间相互干扰，能量较低的谱线容易被临近的高能量谱线的泄漏所淹没。避免频谱泄漏可以尽量采集速率与信号频率同步，延长采集信号时间及使用适当的窗函数。

电源噪声测量时不要求较高的采样率，所以可以设置很长的时基，这也意味着采集的信号时间可以足够长，可以认为覆盖到了整个有效信号的时间跨度，此时不需要添加窗函数。调整以上设置可以得到比较准确的FFT变换曲线了，再通过zoom功能查看感兴趣的频点。如下图中电源噪声的主要能量集中在11.3KHz左右，并以该频率为基波频率谐振。据此可以推断本PDN网络在11.3KHz处的阻抗不能满足要求，电容在该频点的阻抗也比较高，起不到降低阻抗的作用，所以前面增加电容并不能减小电源噪声。

一般来说，11.3KHz应该是VRM的管辖范围，此处出现较大噪声说明VRM电路设计不能满足要求。这里对VRM的性能进行分析，VRM分析的方法众多，此处主要采用仿真其反馈环路波特图的手段。波特图主要观察几个关键信息：1、穿越频率，增益曲线穿越0dB线的频率点；2、相位裕度，相位曲线在穿越频率处所对应的相位值；3、增益裕度，相位在-360°时所对应的增益值。这里我们主要关注穿越频率和相位裕度这两个指标。从VRM的环路波特图（如下图a）可以看到，VRM的穿越频率在8KHz左右，相位裕度37度。这里存在两个问题：首先VRM的相位裕度一般需要大于45度才能保证环路的稳定工作，这里相位裕度稍小一些，需要增加相位裕度；其次穿越频率太低，穿越频率附近VRM的调整作用逐渐降低，而此频点bulk电容还起不到作用，所以在8KHz附近会存在较高的阻抗，这个频点的噪声抑制作用较差。下图（b）是优化VRM环路之后的波特图，调整相位裕度到50度，穿越频率推到46KHz左右。