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【測(cè)試案例分享】電源紋波和噪聲

發(fā)布時(shí)間:2024-08-07 來源:泰克科技 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】電源是芯片的能量來源,也是邏輯狀態(tài)的參考基準(zhǔn)。如果電源的紋波和噪聲過大,會(huì)在高速變化的邏輯信號(hào)上產(chǎn)生大量抖動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生誤碼(注:誤碼即錯(cuò)誤的碼元,將邏輯1當(dāng)成邏輯0,或者將0當(dāng)成1),影響芯片的性能,甚至導(dǎo)致芯片無法正常工作。高速信號(hào)驗(yàn)證中非常重要的隨機(jī)抖動(dòng)和低頻的周期性抖動(dòng),就是由于電源的噪聲和紋波所引入的。


電源是芯片的能量來源,也是邏輯狀態(tài)的參考基準(zhǔn)。如果電源的紋波和噪聲過大,會(huì)在高速變化的邏輯信號(hào)上產(chǎn)生大量抖動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生誤碼(注:誤碼即錯(cuò)誤的碼元,將邏輯1當(dāng)成邏輯0,或者將0當(dāng)成1),影響芯片的性能,甚至導(dǎo)致芯片無法正常工作。高速信號(hào)驗(yàn)證中非常重要的隨機(jī)抖動(dòng)和低頻的周期性抖動(dòng),就是由于電源的噪聲和紋波所引入的。

【測(cè)試案例分享】電源紋波和噪聲

圖1:電源紋波和噪聲

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圖2:紋波的頻域分析

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圖3:紋波對(duì)信號(hào)完整性的影響仿真分析工具


電源的紋波和噪聲測(cè)量,一直都是電源工程師們最關(guān)注的問題之一。 算力芯片更低的工作電壓,導(dǎo)致電源留給紋波和噪聲的裕度變得更小了,部分算力芯片及其外圍交換機(jī)芯片的電源紋波和噪聲的峰峰值要求低至3mV,給設(shè)計(jì)和測(cè)試都帶來了難題。

設(shè)計(jì)上,算力芯片普遍采用POL的降壓方式,將DC-DC變壓器盡可 能靠近負(fù)載端,可以有效避免傳輸鏈路上引入的外部干擾。


測(cè)試上,使用更高精度、更低底噪的示波器,和專用的電源紋波探頭, 降低測(cè)量系統(tǒng)引入的噪聲,才能更準(zhǔn)確地測(cè)量電源紋波和噪聲。


解決方案構(gòu)成


泰克MSO6B示波器擁有12-bitsADC和泰克專利的Tek061前端芯片,使示波器的底噪達(dá)到了驚人的8.68uV(有效值)。同時(shí)利用專有的頻域測(cè)試功能,讓紋波成分無所遁形,配合專用的TPR電源軌探頭,測(cè)量系統(tǒng)底噪低至300uV峰峰值,為精確測(cè)量低電壓、高精度的電源噪聲提供了可能。MSO64B的底噪和市場(chǎng)上其它同類示波器相比,優(yōu)勢(shì)非常明顯。


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圖4:使用MSO6B和TPR探頭測(cè)試電源紋波


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圖5:MSO6B示波器和競(jìng)品的底噪對(duì)比


泰克的電源軌探頭TPR系列,20MHZ帶寬下的底噪的峰峰值(注意是峰峰值)低至300uV。而且TPR探頭還支持高達(dá)60V的偏置電壓,多種多樣的探頭附件,不僅測(cè)得準(zhǔn),用起來還很方便。


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圖6:TPR探頭指標(biāo)


實(shí)測(cè)案例分享


數(shù)據(jù)中心里的交換機(jī),是算力單元協(xié)同合作、構(gòu)建算力網(wǎng)絡(luò)的橋梁。我們用來實(shí)測(cè)的這個(gè)交換機(jī),核心芯片電源約為1V,規(guī)范要求其噪聲峰峰值在3mV以內(nèi)。


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圖7:使用MSO6B和TPR探頭實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中心交換機(jī)芯片的電源紋波和噪聲


我們分別使用三種探頭測(cè)量這個(gè)交換器的電源紋波和噪聲。使用普通無源探頭和地線環(huán),測(cè)量電源噪聲的結(jié)果,最大峰峰值為7.97mV。使用有源差分探頭,測(cè)量待測(cè)物的電源噪聲,最大峰峰值為4.92mV。使用TPR電源軌探頭,電源紋波的峰峰值居然只有驚人的為714uV),遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的3mV。這個(gè)產(chǎn)品的電源設(shè)計(jì)其實(shí)非常優(yōu)秀,但如果用常規(guī)的無源探頭或有源差分探頭,根本測(cè)不出它真實(shí)的噪聲水平。


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圖8:分別使用無源探頭,有源差分和TPR電源軌探頭,對(duì)比實(shí)測(cè)結(jié)果


總結(jié)


在電源紋波和噪聲要求越來越高的今天,示波器和探頭所引入的系統(tǒng)底噪不容忽視。測(cè)量結(jié)果不達(dá)標(biāo)可能是因?yàn)槭静ㄆ骱吞筋^的精度不夠,而不是待測(cè)物設(shè)計(jì)地不夠好。使用泰克高精度示波器MSO6B和專用的電源紋波探頭TPR系列,儀器底噪低至300uV,為精確測(cè)量低電壓、高精度的電源噪聲提供了可能。


(來源:泰克科技)


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