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羅德電源軌噪聲測(cè)試設(shè)備的產(chǎn)品介紹

更新時(shí)間:2024-12-26      點(diǎn)擊次數(shù):210

       在數(shù)字電路中,一串二進(jìn)制的信號(hào)流是通過電壓(或電流)的波形來表示。然而,自然界的信號(hào)實(shí)際上都是模擬的,而非數(shù)字的,所有的信號(hào)都受噪音、扭曲和損失影響。信號(hào)完整性考慮的問題主要有振鈴(ringing)、串?dāng)_(crosstalk)、接地反彈、扭曲(skew)、信號(hào)損失和電源供應(yīng)中的噪聲。

       精準(zhǔn)的周期性采樣時(shí)鐘是確保數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行正確通信的前提。如果時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生了偏移,將引起傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)流發(fā)生變化,比如造成時(shí)延、誤碼等等。在高速數(shù)字系統(tǒng)中,隨著時(shí)鐘速率邁入GHz級(jí),首要目標(biāo)是保證信號(hào)完整無失真地從源端傳送到接收端,往往電源完整性不佳就會(huì)影響時(shí)鐘信號(hào),進(jìn)而引起信號(hào)完整性問題。 

完整性問題1.png

       高速數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不單單包含信號(hào)完整性問題,還包含電源完整性問題,而對(duì)數(shù)字系統(tǒng)中的電源軌噪聲進(jìn)行評(píng)估,將直接反映電源完整性的好壞,本文將介紹數(shù)字產(chǎn)品中電源軌噪聲如何影響系統(tǒng)中時(shí)鐘抖動(dòng),同時(shí)了解電源軌噪聲測(cè)試設(shè)備。

測(cè)試設(shè)備2.png


      數(shù)字電路中的直流電壓也就是電源軌波形往往看起來像是純凈平直,然而當(dāng)我們通過示波器放大后發(fā)現(xiàn)其實(shí)不是,電源軌上是存在交流波動(dòng)成分的。


波動(dòng)成分3.png


        除了由開關(guān)電源引入的波動(dòng)外,電源軌也會(huì)受耦合噪聲的干擾,當(dāng)PDN上發(fā)生振鈴時(shí),會(huì)影響芯片輸出的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生偏移,時(shí)鐘信號(hào)上升沿發(fā)生的偏移就是我們俗稱的抖動(dòng)Jitter。


俗稱的抖動(dòng)4.png

       

        數(shù)字系統(tǒng)中的芯片通常由CMOS集成電路組成,其開關(guān)閾值會(huì)受電源軌的噪聲影響而波動(dòng),進(jìn)而引起了系統(tǒng)輸出時(shí)鐘或數(shù)據(jù)的抖動(dòng)。


抖動(dòng)5.png


        由下圖可以看出,電源軌噪聲波動(dòng)的大小將對(duì)抖動(dòng)大小帶來影響,電源軌波動(dòng)越小引起時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)Jitter也會(huì)越小。

越小6.png

      電源軌噪聲與時(shí)鐘信號(hào)斜率的比值決定了抖動(dòng)的大小,電源軌噪聲與抖動(dòng)的關(guān)系可由以下公式描述:


公式描述7.png


      如果要對(duì)抖動(dòng)的影響進(jìn)行驗(yàn)證,就要準(zhǔn)確測(cè)量電源軌噪聲。但是在如今的電子產(chǎn)品中對(duì)電源完整性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估充滿挑戰(zhàn)。以常見的數(shù)字電子產(chǎn)品手機(jī)為例,隨著手機(jī)發(fā)展的演變,體積越來越小,而內(nèi)部IC集成度越來越高,電流密度越來越大,而功耗卻在降低,從而要求輸入電壓也在降低(從典型的5V、3V減小至1V),甚至電壓容限也在降低(10%減小到5%,甚至是1%)。這就會(huì)給電源軌測(cè)量造成挑戰(zhàn)。

造成挑戰(zhàn)8.png

      RT-ZPR電源軌探頭是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的Z佳選擇,它不僅具備極低的系統(tǒng)噪聲(衰減比1:1),也具備2GHz/4GHz高帶寬范圍,可以測(cè)量更高頻率范圍的電源軌噪聲。

      以實(shí)際測(cè)量為例:使用RT-ZPR電源軌探頭和傳統(tǒng)RT-ZP1X紋波探頭測(cè)試直流電壓Vpp對(duì)比:


對(duì)比9.png


      38 MHz帶寬1:1無源探頭RT-ZP1X會(huì)遺漏高頻成分,不能顯示尖峰的存在,從而低估Vpp測(cè)量值。但使用同樣衰減比而帶寬高達(dá)2 GHz的電源軌探頭RT-ZPR20可以捕獲并測(cè)量高頻瞬態(tài),還能擁有極低的噪聲,不難看出針對(duì)高頻瞬變需要高帶寬電源軌探頭才能測(cè)量出正確的Vpp值。   


正確的10.png

 

      綜上所述,電源軌信號(hào)并非是平直的,它會(huì)受到噪聲干擾,進(jìn)而影響系統(tǒng)時(shí)鐘的穩(wěn)定。當(dāng)今數(shù)字產(chǎn)品中電源軌電壓越來越低,同時(shí)要求的容限也越來越嚴(yán)苛,從而對(duì)測(cè)量電源軌信號(hào)造成挑戰(zhàn)。電源軌探頭RT-ZPR充分應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn),可以進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量 (高帶寬,高靈敏度,低噪聲和大偏置補(bǔ)償)。


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