什麼是主動電軌探棒，如何使用？

高速電腦和手持可攜式裝置的電源供應器匯流排電壓有降低的趨勢。以往，5 V 電源軌以 ±5% 容差作業，今日的低電壓處理器需要達到 ±1% 級別的更緊密容差。因此，1.1 V 匯流排的容差為 ±11 mV。為確保這些配電網路 (PDN) 的完整性，就需要新的量測工具。

電軌的雜訊、串音、負載變化暫態常散佈於整體系統中，因此 PDN 常見於任何需要電源的裝置。這些雜散訊號會造成其他問題，例如計時抖動。因此，要進行量測和評估的不僅是 DC 電壓，還包含電軌上的雜訊、漣波、串音。

這就需查看電軌上毫伏範圍，DC 位準為 1 V 以上的訊號 。這就是問題所在。設定至 5 mV 範圍的典型示波器，只可補償至 ±300 mV 偏移。這表示即使是 1 V 電源匯流排，也會顯示在螢幕外。當然，若使用更高垂直靈敏度 (如 200 mV) 會增加偏移範圍至 ±3 V，但其雜訊和漣波 (假設低於 11 mV 的電壓容差)，幾乎消失。就可以在此利用主動電軌探棒。

Teledyne LeCroy 的 RP4030 電軌探棒用幾種方式處理這個問題。首先，提供接近 1:1 的衰減範圍，因此不會衰減這些已經極小的目標訊號。接著，以各自的輸入阻抗，分離進入 DC 和 AC 路徑的訊號路徑，避免電力載入 (圖 1)。

圖 1：簡化的典型電軌探棒功能圖，展示平行 AC 和 DC 路徑以及其頻率響應圖。(圖片來源：DigiKey)

DC 路徑提供 50 kΩ DC 電阻。AC 路徑以電容式耦合訊號。DC 路徑具有低通頻率響應，AC 路徑具有高通頻率響應。這些路徑在探棒輸出彙總，並且在示波器的 50 Ω 輸入端子作業，達到一個扁平頻率響應。進入 50 Ω 範圍輸入，讓示波器提供最低雜訊及最高頻寬。探棒的頻寬為 4 GHz，可量測寬廣範圍的雜散訊號。最後，此電軌探棒提供超寬廣、高精密偏移電壓，典型範圍為 ±30 V。

使用主動探棒的範例。

典型量測的範例如圖 2 所示。這是在 1.1 V 匯流排上量測周期性和隨機性偏差 (PARD)。PARD 是工業上常見的詞彙，是量測匯流排電壓瞬間與其平均值的偏差。偏差可包含週期性訊號、隨機雜訊、串音。PARD 通常用於量測峰對峰值。

圖 2 中，讀取的峰對峰量測參數 PARD 值為 7.5 mV。這包含週期、隨機，以及一些窄尖波成分。PARD 不包含低於 20 Hz 的匯流排電壓慢速變異，這稱為漂移。此電軌探棒提供偏移，在圖中為 -1.1 V，標於 C1 註解框中 (左下角黃框)。在此範例中的電軌探針，其偏壓範圍為 ±30 V。這能使用 2 mv/div 垂直刻度進行訊號量測，在無探棒之下僅有 ±300 mV 範圍。

圖 2：PARD 量測的垂直靈敏度為 2 mV/div。在此顯示 1.1 V 電軌上具有 7.5 V 峰對峰值的隨機性、週期性、串音成分 。(圖片來源：DigiKey)

電軌探棒也含有數種互連配件，確保能更輕鬆進行量測，例如可在電路板上手動進行探測的探棒頭，以及焊入纜線。焊入纜線提供最高頻寬、探棒頭提供較低頻寬。

結論

電源完整性量測隨著電源電壓下降更難進行，但如同前述，可使用主動電軌探棒協助。這些探棒消除動態範圍的損失，這通常會發生在於較高 DC 電壓上量測小電壓之時。