手持式医疗设备电源的纹波和噪声的分析和测量

应用中，不同的行业也有不同的要求，特别是对健康要求严格的医疗行业、迅猛发展的通讯行业、3C电子产业等，其产品内部电源大量运用了高频器件，20MHz以上的PARD就不能忽略，需要正确的选用数字存储示波器和设置其带宽限制。

2 改进的医用平板电脑电源PARD测量方法

医用平板电脑和平常的平板电脑无区别，但使用环境和其作用比后者更苛刻。医用平板电脑电源自身的PARD不能影响其他精密医疗器械的工作，也不能对某些特殊病人的健康造成威胁，而且所记录的医疗数据要求牢靠，不受影响。针对医用平板电脑，将以上方法的核心第四条改进如下：

选用500MHz或以上高带宽的数字存储示波器，观察PARD波形，记录PARD峰峰值和有效值，分别打开200MHz带宽限制、100MHz带宽限制和20MHz带宽限制，分别记录PARD峰峰值和有效值。比较数值，以最大的PARD有效值为最终的电源PARD值。如图1为改进的电源PARD测量方法连接框图。

3 实验验证及分析

为了验证改进效果，实验选用深圳鼎阳公司生产的SDS3052数字存储示波器，其主要参数为：带宽500MHz，实时采样率4G Sa/s，存储深度为10Mpts/CH，最小垂直档位1mV/div，波形捕获率最高250000帧/s，带50欧姆输出阻抗。

测量对象是一款医用平板电脑扩容外设，如图2所示。此设备是通过在医用平板电脑上安装对应的APP，在充电口加入外围模块来实现对平板电脑的扩容。这一款设备所用的存储介质是Micro SD卡。对其中Micro SD卡存储部分的信号进行检测，检测这一部分回路是否符合SD规范。由于是固定电压测量，不需要使用直流电子负载来调节输出电流。在使用数字存储示波器检测SDVCC电压的时候，根据对电源PARD的测量经验，测量电源PARD一般应限制在20MHz带宽。

首先测量产品给SD供电的电压波形。按照存储芯片Micro SD卡供电要求的范围：2.7~3.6V，不允许超出此范围，否则，芯片在不稳定的电压下工作会有比较大的风险，甚至会对医用平板电脑正常工作带来影响。

医用平板电脑引出来的端口作为电源的源端，而通过后端的外围模块后在末端进行测试，电源通过了一段PCB走线，包括一些芯片回路，应该存在高频的PARD，如果采用20MHZ的带宽限制，实际上是将原本属于模块的PARD滤掉了，为此，进行对比测试验证。

第一步，验证医用平板电脑的供电端在工作时的电压输出，通过直接验证保证源端的供电是正常的，如图3所示。

通过测试，源端的电压值在3.4V左右，即使使用数字存储示波器探头以及地线，带宽放宽至500MHz，峰峰值最大才为29mV，是非常稳定的供电。因此排除源端供电的问题。如图4所示的波形和测试结果。

第二步，直接在通过整个模块后在Micro SD卡的供电脚SDVCC对电压进行测量，如图5。也采用数字存储示波器探头和地线，带宽500MHz。当对供电点进行测试时，发现电源上有相当大的PARD，超出了规范要求的范围，最大值达到3.814V，峰峰值最大达到854mV。如图6所示测试的PARD波形和结果。

当把数字存储示波器SDS3052设置为20MHz带宽限制时，电源输出变得非常好，完全在供电要求的范围内。如图7所示20MHz带宽限制时的波形和结果。

以上的测试，如果按照20MHz带宽限制进行，会给测量带来误判，因为确实存在比较大的高频PARD，数字存储示波器的前端滤波会将本身存在的PARD滤掉，因此，必须采用500MHz带宽进行测试。不过，以上的测试还不能确证PARD的大小，另外，采用了无源的示波器探头加地线，也不能明确给出测量结果的误差。

第三步，采用不同的接地环路对相同的测试点进行测量，如图8所示，用带地线和弹簧接地针的数字存储示波器探头进行测试。带弹簧接地针的测试回路减少了信号的回流路径，测试结果比原来的6英寸接地线效果好一些，但差别不大，最大值为3.8V，但根据经验判断，结果不够准确。

第四步，数字存储示波器标配的10:1无源探头会对信号测量带来比较大的偏差，会将数字存储示波器本身的底噪提高10倍。因此，改用1:1衰减，50欧姆的同轴电缆对产品再次测量，以保证反映产品电源PARD的真实状况。如图9所示采用1:1衰减50欧姆同轴电缆测量，图10为测试波形和结果。

采用1:1衰减50欧姆同轴电缆测试的结果，最大值为3.645V，比使用无源探头3.814V的测量值少0.169V。测试的结果还是超出要求的范围，虽然0.045V的PARD短时间内对医用平板电脑不会造成严重损害，但长期工作在比较大的PARD内会使器件加速老化，缩短使用寿命。在手持式医疗设备中，过大的电源PARD，对其他精密医疗器械有干扰的风险。因此需要做非常精确的PARD测量，应选择1:1衰减50欧姆电缆测量，尽量减少测量误差，从而选