從時(shí)域的角度看電源完整性—讓串?dāng)_無處躲藏

電源完整性，顧名思義，就是描述對(duì)電子系統(tǒng)內(nèi)從源頭輸送到負(fù)載的功率的功效的研究。但隨著目前數(shù)字信號(hào)速率的不斷提升，電源完整性的精確測(cè)量變得越發(fā)困難。

那今天就從電源紋波和噪聲測(cè)量說起，通常，紋波和噪聲被認(rèn)為可以互換，但是它們代表了不一樣的測(cè)試方式，需要使用不同的方法和技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。比如，當(dāng)討論和開關(guān)穩(wěn)壓器相關(guān)的紋波和噪聲時(shí)，通常認(rèn)為紋波信號(hào)是在濾除開關(guān)信號(hào)和峰值噪聲或者與切換邊沿有關(guān)的振鈴之后產(chǎn)生的。

通常，工程師選擇示波器+探頭的方式做電源紋波和噪聲的時(shí)域測(cè)量。拿一個(gè)電子產(chǎn)品的供電系統(tǒng)來舉例。在做一個(gè)產(chǎn)品定型前，需要確定這個(gè)產(chǎn)品所需要的最基本的功能模組，然后確認(rèn)各個(gè)部件所需的供電系統(tǒng)所需層面和路徑的時(shí)候，會(huì)預(yù)先根據(jù)相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，指定一個(gè)Power Tree。正如你所看到的這樣，一個(gè)主干道有很多分支，分支上再有分支，一直到末端。

用時(shí)域儀器進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，要適應(yīng)各種直流電壓范圍，示波器自身和探頭對(duì)被測(cè)信號(hào)的影響要盡量達(dá)到最小，當(dāng)然，還有What If分析。我們以1.1V電源軌上的紋波和噪聲測(cè)量為例，將時(shí)域測(cè)試挑戰(zhàn)細(xì)化如下：

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探頭的衰減倍率

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探頭+示波器的量測(cè)帶寬

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示波器的垂直分辨率

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探頭的DCoffset

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量測(cè)系統(tǒng)的隔直器和相應(yīng)的去嵌考量

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提供What If分析思路，預(yù)估改善了PI問題后，對(duì)SI帶來多大的裕量提升

What If 分析，大家可能不太熟悉，這里多說幾句，在完成電源紋波和噪聲測(cè)試后，工程師通常要想辦法降低紋波和噪聲，那首先要找到源頭，然后再判斷是否值得花精力和時(shí)間降低來自某個(gè)源頭的串?dāng)_噪聲，即要提前預(yù)估當(dāng)改善了來自某個(gè)源頭的串?dāng)_后，會(huì)對(duì)數(shù)字信號(hào)的信號(hào)完整性帶來多大的裕量提升。

使用MXR或EXR系列示波器、N7020A電源軌探頭、D9010POWA軟件，可很好地解決上面提出的各項(xiàng)挑戰(zhàn)，下面的左圖中，1.10V Supply with 115mVpp Noise是待測(cè)件上實(shí)際的帶紋波和噪聲的供電，是用MXR示波器結(jié)合N7020A電源軌探頭完成的。

右邊的兩個(gè)圖，是進(jìn)一步結(jié)合D9010POWA的電源完整性軟件，完成What If分析，右上圖是由這個(gè)PI的問題所帶來的SI信號(hào)完整性的眼圖，該例中，Data Line眼圖眼寬僅為73ps。右下圖，是通過D9010POWA軟件剔除了這個(gè)1.1V上的串?dāng)_噪聲之后，預(yù)估出的信號(hào)完整性提升后的眼圖，該例中，變?yōu)?14ps的信號(hào)眼寬，實(shí)現(xiàn)了提前得知PI的改善后，會(huì)對(duì)SI的裕量帶來多大的提升的預(yù)估。

敲黑板劃重點(diǎn)：

電源完整性測(cè)試和相關(guān)眼圖的What If分析

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使用MXR或EXR示波器，配合N7020A的電源完整性探頭，可解決時(shí)域信號(hào)量測(cè)的挑戰(zhàn)，包括：

◎ 低探頭衰減比（1.1:1）

◎探頭高帶寬（2GHz）

◎ 探頭具備直流偏置功能（±24VDCoffset）

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使用D9010POWA軟件，實(shí)現(xiàn)電源完整性和信號(hào)完整性的問題互調(diào)，即What If 分析：

◎預(yù)估改善了電源完整性問題后，對(duì)信號(hào)完整性產(chǎn)生的裕量提升

◎定位串?dāng)_問題的主要來源