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RT-ZPR系列探頭測試電源噪聲方案


  來源: 上海詠繹科技有限公司 時(shí)間:2021-01-27 編輯:清風(fēng)
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1、日益發(fā)展的技術(shù)對(duì)電源噪聲測試的挑戰(zhàn)


隨著5G、車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的飛速發(fā)展,信號(hào)的傳輸速度越來越快,集成電路芯片的供電電壓隨之越來越小。早期芯片的供電通常是5V和3.3V,而現(xiàn)在高速IC的供電電壓已經(jīng)到了2.5V、1.8V或1.5V,有的芯片的核電壓甚至到了1V。芯片的供電電壓越小,電壓波動(dòng)的容忍度也變得越苛刻。對(duì)于這類供電電壓較小的高速芯片的電壓測試用電源噪聲表示,測求要求從±5%到 ±-1.5%,乃至更低。


圖1 日益發(fā)展的技術(shù)對(duì)芯片電壓測試的挑戰(zhàn)


如果芯片的電源噪聲沒有達(dá)到規(guī)范要求,就會(huì)影響產(chǎn)品的性能,乃至整機(jī)可靠性。因此工程師需要準(zhǔn)確地測量現(xiàn)代電路產(chǎn)品中的芯片電壓的電源噪聲。


2、芯片電源噪聲的特點(diǎn)


2.1 更小幅度,更高頻率


以往電源噪聲的要求維持在幾十mV的量級(jí),而隨著芯片電壓的降低,很多芯片的電源噪聲已經(jīng)到了mV的量級(jí),某些電源敏感的芯片要求甚至到了百uV的量級(jí)。直流電源上的噪聲是數(shù)字系統(tǒng)中時(shí)鐘和數(shù)據(jù)抖動(dòng)的主要來源。處理器、內(nèi)存等芯片對(duì)直流電源的動(dòng)態(tài)負(fù)載隨著各自時(shí)鐘頻率而發(fā)生,并可能在直流電源上耦合高速瞬態(tài)變化和噪聲,它們包含了1 GHz以上的頻率成分。


因此與傳統(tǒng)的電源相比,芯片電源的噪聲具有頻率高/幅度小等特點(diǎn),這就為了工程師準(zhǔn)確地測得芯片的電源噪聲帶來了挑戰(zhàn)。


表1 傳統(tǒng)電源和芯片電源頻率和噪聲范圍


2.2 電源分布網(wǎng)絡(luò)(PDN)引入的噪聲干擾


為了保證電路上各個(gè)芯片的供電,電源分布網(wǎng)絡(luò)(PDN)遍布整個(gè)PCB。如果電源分布網(wǎng)絡(luò)靠近時(shí)鐘或者數(shù)據(jù)的PCB走線,那么時(shí)鐘/數(shù)據(jù)的變化會(huì)耦合到電源分布網(wǎng)絡(luò)上,也會(huì)成為電源噪聲的來源。在這種情況下,工程師還需要定位電源噪聲的來源,以便后續(xù)調(diào)整PCB的布局和布線,減少PDN網(wǎng)絡(luò)受到的干擾。


圖2 時(shí)鐘/數(shù)據(jù)傳輸線耦合到電源分布網(wǎng)絡(luò)的干擾


3、影響電源噪聲測試準(zhǔn)確性的因素


示波器是電源噪聲測試的重要儀器。為了能夠準(zhǔn)確地測量GHz帶寬內(nèi)mV級(jí)別的電源噪聲,并定位干擾電源分布網(wǎng)絡(luò)的噪聲來源,需要考慮如下因素:示波器的底噪,探頭的衰減比,示波器的偏置補(bǔ)償能力,探頭的探接方式,以及示波器的FFT能力等等。      


3.1 示波器底噪


示波器本身是有噪聲的。當(dāng)示波器測試電源噪聲時(shí),其底噪會(huì)附加到被測的電源噪聲上,進(jìn)而影響電源噪聲的測試結(jié)果。


圖3 示波器底噪對(duì)電源噪聲測試結(jié)果的影響


3.2 探頭的衰減比


目前最常用的500MHz帶寬的無源探頭的衰減比為10:1,其會(huì)放大示波器的底噪,影響電源噪聲測試的不確定性。


如果用傳統(tǒng)的衰減比為1:1的無源探頭,可以避免放大示波器的底噪。但是這種探頭的帶寬一般在38MHz,無法測到更高頻率的電源噪聲。同樣會(huì)影響電源噪聲測試的不確定性。


所以,為了準(zhǔn)確測量電源噪聲,需要一款衰減比為1:1,帶寬到GHz的探頭。


圖4 探頭的衰減比對(duì)電源噪聲測試的影響


3.3 示波器的偏置補(bǔ)償能力

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