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電源完整性測試

更新時間:2025-05-20      點擊次數:266

電源完整性測試是保障高速數字電路穩定運行的關鍵環節,尤其在10Gbps以上信號速率及低電壓供電場景中,其對噪聲敏感度和電源噪聲抑制能力的要求更為嚴格。以下從測試原理、核心項目、設備選型及注意事項四個維度進行詳解:

一、測試原理與核心目標

電源完整性(PI)關注電源分配網絡(PDN)的穩定性,通過評估直流壓降、瞬態響應、同步開關噪聲等參數,確保電源電壓和電流滿足芯片需求。其核心目標是控制電源噪聲在允許范圍內(通常要求容差<5%),并為信號提供低阻抗回流路徑。測試需結合信號完整性(SI)分析,因電源噪聲直接影響信號質量(如時鐘抖動、誤碼率等)。

二、核心測試項目及方法

電源紋波/噪聲測試?

測試條件?:滿載/空載雙工況,示波器帶寬設置為20MHz(純紋波)或全帶寬(紋波+噪聲)。

測量點?:輸出電容兩端,采用地線環靠接法,探頭選擇1:1衰減比的無源探頭。

合格標準?:紋波峰值<輸出電壓的1%,紋波噪聲<2%。

電壓精度測試?

儀器?:高精度萬用表,測量電源芯片輸出端及用電芯片電源引腳。

標準?:標稱電壓±5%范圍內。

環路響應分析?

方法?:通過伯德圖評估環路增益與相位裕度,使用示波器+信號源生成掃頻信號(如RIGOL MSO5000系列內置25MHz信號源)。

接線?:需隔離變壓器避免共地干擾。

瞬態響應與上下電波形?

觸發設置?:示波器捕獲上升/下降沿,分析過沖幅度(一般要求<10%)。

關鍵參數?:建立時間、保持時間及瞬態電流響應速度。

三、測試設備與方案配置

核心設備?

示波器?:推薦帶寬≥2.5GHz(如Keysight DSOS254A),支持FFT分析及高采樣率。

探頭?:優先選用低噪聲1:1探頭,配合N7020A電源探頭增強靈敏度。

輔助工具?:網絡分析儀(阻抗測試)、直流電源分析儀(壓降測量)。

典型方案?

伯德圖測試方案?:RIGOL MSO5000示波器 + 伯德圖軟件 + 隔離變壓器,覆蓋10Hz-25MHz掃頻范圍。

紋波噪聲方案?:示波器帶寬限20MHz,AC耦合,使用地線環縮短路徑以降低干擾。

四、關鍵技巧與注意事項

降噪技巧?

采用50Ω示波器輸入降低系統噪聲,靈活使用直流阻斷器及探頭偏置放大信號。

FFT分析鎖定噪聲頻段,通過平均功能去除無關噪聲。

操作規范?

避免探頭負載效應:50Ω端子連接時需考慮電源負載影響。

電磁屏蔽:測試環境需使用屏蔽室,確保接地良好以減少共模干擾。

長期穩定性測試:監測電源在不同負載下的紋波變化及保護功能(如過壓、短路保護)。

五、測試報告與優化建議

測試結果需記錄波形、頻域響應及誤碼率數據,結合電源抑制比(PSRR)和PDN阻抗分析提出優化方向(如調整濾波電容布局、優化電源平面設計)。對于高頻諧振噪聲,可通過增加去耦電容或調整PCB疊層結構改善。

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