3. Tektronix示波器与探头选型
电源轨纹波与瞬态测量对示波器系统的要求，与常规数字信号测量有本质区别。电源轨上的纹波幅度常在毫伏级，而直流偏置可能是1V、3.3V甚至12V；瞬态负载跳变引起的电压跌落可能只有几十毫伏，却叠加在直流电平之上。因此，选型的核心不是“带宽越高越好”，而是围绕“小信号叠加在大直流上”这一特征，在带宽、采样率、本底噪声、垂直分辨率和探头衰减比之间做出匹配。
带宽：先看需要测到多高的频率成分
电源轨纹波的主要频率成分通常集中在开关频率及其谐波。以常见开关电源为例，开关频率为500kHz时，其有效谐波可能延伸到5MHz～20MHz；若关注负载瞬态响应中的高频振铃，则可能需要观察50MHz以上的成分。示波器带宽应至少覆盖你关心的最高频率成分，并留出余量。经验上，若需要较准确测量某频率成分的幅度，示波器带宽应不低于该频率的3～5倍。
但带宽并非越高越好。带宽越高，示波器前端的热噪声和宽带噪声也越大，本底噪声随之上升。对于1mV～10mV级别的纹波测量，过高的带宽反而会淹没真实信号。因此，电源轨测量常采用“带宽限制”功能，例如将20MHz或200MHz带宽限制打开，滤除高频噪声，保留开关纹波的主要成分。Tektronix示波器通常提供20MHz带宽限制选项，这是电源纹波测量的常用配置。
采样率：保证高频成分不混叠
采样率决定了示波器能无混叠捕获的最高频率。根据奈奎斯特采样定理，采样率至少为信号最高频率的2倍，但工程上通常要求5～10倍。对于电源轨测量，若带宽限制在20MHz，则采样率至少应为100MS/s；若需要观察100MHz以上的瞬态振铃，则采样率应达到1GS/s以上。
需要注意的是，采样率与存储深度共同决定了可用的时间窗口。在测量负载瞬态时，可能需要同时观察跳变瞬间和后续恢复过程，时间窗口可能从微秒到毫秒。此时应确保在所需时间窗口内，采样率仍满足要求。例如，存储深度为10M点，时间窗口为1ms时，采样率为10GS/s；若时间窗口扩展到10ms，采样率降为1GS/s。因此，选型时应根据最长观察时间窗口和所需采样率，反推所需存储深度。
本底噪声与垂直分辨率：决定小信号测量下限
本底噪声是示波器在无输入信号时自身产生的噪声，通常以Vrms表示。它决定了你能可靠测量的最小信号幅度。若示波器本底噪声为500μVrms，而纹波幅度为2mVpp，则噪声可能占纹波幅度的相当比例，测量结果不可靠。因此，电源轨测量应选择本底噪声低的示波器，并尽量使用较小的垂直档位。
垂直分辨率通常为8位，但现代示波器可通过高分辨率模式或平均采样提升有效位数。例如，Tektronix示波器的高分辨率模式可将垂直分辨率提升至12位甚至16位，显著降低量化噪声。对于纹波测量，建议开启高分辨率模式或使用平均采样，但需注意平均采样会降低对非周期瞬态的响应能力。
垂直档位的选择也至关重要。若纹波幅度为5mVpp，直流偏置为3.3V，则不能直接使用1V/div档位，因为5mV仅占0.5%的屏幕高度，无法分辨。正确做法是使用AC耦合，隔断直流偏置，然后将垂直档位调至5mV/div或10mV/div，使纹波占据屏幕的较大比例。但AC耦合会引入低频衰减，需注意其截止频率是否影响你关心的低频成分。
探头衰减比：1:1还是10:1？
探头衰减比直接影响示波器输入端的信号幅度和本底噪声。10:1探头将信号衰减10倍，示波器显示幅度为实际值的1/10，因此需要将示波器垂直档位调小10倍，这会导致本底噪声折算到输入端时放大10倍。例如，示波器在10mV/div时的本底噪声为200μVrms，使用10:1探头后，等效输入噪声为2mVrms，可能淹没1mV的纹波。
因此，电源轨纹波测量优先使用1:1探头，或使用低衰减比探头。但1:1探头的带宽通常较低，且输入电容较大，可能影响高频测量。若必须使用10:1探头，应选择低噪声探头，并尽量使用示波器的带宽限制功能。Tektronix提供多种电源轨探头，如TPP系列无源探头和TDP系列差分探头，其中差分探头适合测量非接地参考的电源轨，且具有较高的共模抑制比。
适配原则与选型示例
综合以上因素，电源轨测量的选型原则可归纳为：带宽覆盖主要纹波成分并留余量，采样率满足最高频率成分的5倍以上，本底噪声低于最小纹波幅度的1/5，垂直分辨率尽量高，探头衰减比优先1:1或低衰减比。以下是一个示例配置，用于测量3.3V电源轨上约5mVpp、开关频率500kHz的纹波：
- 示波器带宽：100MHz，开启20MHz带宽限制
- 采样率：1GS/s，存储深度10M点，时间窗口10ms
- 垂直档位：AC耦合，5mV/div，开启高分辨率模式
- 探头：1:1无源探头，或低噪声10:1探头配合带宽限制
该配置下，5mVpp纹波在5mV/div档位下约占1格，可清晰分辨；20MHz带宽限制滤除高频噪声，本底噪声折算到输入端约几百微伏，满足测量要求。
在实际操作中，建议先用示波器观察电源轨的直流电平和纹波大致幅度，再根据观察结果调整垂直档位和带宽限制。若纹波幅度远小于预期，应检查探头接地是否良好、是否使用了过长的接地引线，以及是否开启了不必要的带宽限制。正确的选型和配置，是获得可信纹波数据的前提。