電源噪聲的測(cè)試
通常測(cè)量電源噪聲,使用有源或者無(wú)源探頭,探測(cè)某芯片的電源引腳和地引腳,然后示波器設(shè)置為長(zhǎng)余輝模式,最后用兩個(gè)水平游標(biāo)來(lái)測(cè)量電源噪聲的峰峰值。這種方法有一個(gè)問(wèn)題是,常規(guī)的無(wú)源探頭或有源探頭,其衰減因子為10,和示波器連接后,垂直刻度的最小檔位為20mV,在不使用DSP濾波算法時(shí),探頭的本底噪聲峰峰值約為30mV。以DDR2的1.8V供電電壓為例,如果按5%來(lái)算,其允許的電源噪聲為90mV,探頭的噪聲已經(jīng)接近待測(cè)試信號(hào)的1/3,所以,用10倍衰減的探頭是無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)試1.8V/1.5V等小電壓。在實(shí)際測(cè)試1.8V噪聲時(shí),垂直刻度通常為5-10mV/div之間。
另外,探頭的GND和信號(hào)兩個(gè)探測(cè)點(diǎn)的距離也非常重要,當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn),會(huì)有很多
如圖三為力科PP066探頭,該探頭的地與信號(hào)的間距可調(diào)節(jié),探頭的地針可彈性收縮,操作起來(lái)非常方便。通過(guò)同軸電纜加隔直模塊后連接到示波器通道上。
也可以把同軸電纜剝開(kāi),直接把電纜的信號(hào)和地焊接到待測(cè)試電源的電源和地上。在圖四中把SMA接頭的同軸電纜的一段剝開(kāi),焊接到了電腦主板的DDR2供電的1.8V上面,測(cè)量其電源噪聲。
在準(zhǔn)確測(cè)量到電源噪聲的波形后,可以計(jì)算出噪聲的峰峰值,如果電源噪聲過(guò)大,則需要分析噪聲來(lái)自哪些頻率,這時(shí),需要對(duì)電源噪聲的波形進(jìn)行FFT,轉(zhuǎn)化為頻譜進(jìn)行分析。FFT中信號(hào)時(shí)間的長(zhǎng)度決定了FFT后的頻譜分辨率,在力科示波器中,支持業(yè)界最大的128M個(gè)點(diǎn)的FFT,能準(zhǔn)確定位電源噪聲來(lái)自于哪些頻率(其頻譜分辨率是同類儀器的40倍以上)。
圖五:測(cè)量某3.3V的電源噪
如圖五所示為某光模塊的3.3V電源的噪聲。其噪聲的頻譜最高點(diǎn)的頻率為311.6KHz。這個(gè)光模塊輸出的1.25Gbps光信號(hào)的抖動(dòng)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)了同樣的312KHz的周期性抖動(dòng)。在圖六中可以看到,把1.25G串行信號(hào)的周期性抖動(dòng)分解后(Pj breakdown菜單),發(fā)現(xiàn)312KHz的周期性抖動(dòng)為63.7皮秒,在眼圖中也明顯可以觀察到抖動(dòng)。通過(guò)這個(gè)案例說(shuō)明,電源噪聲很可能導(dǎo)致一些高速信號(hào)的眼圖和抖動(dòng)變差。對(duì)電源噪聲進(jìn)行頻譜分析,能有效定位噪聲的來(lái)源,指引調(diào)試的方向。
在使用示波器測(cè)量電源噪聲時(shí),為了保證測(cè)量精度,需要選擇足夠的采樣率和采集時(shí)間。
推薦采樣率在500MSa/s以上,這樣奈科斯特頻率為250M,可以測(cè)量到250MHz以下的電源噪聲,對(duì)于目前最普及的板級(jí)電源完整性分析,250M的帶寬已足夠。低于這個(gè)頻率的噪聲可以使用陶瓷電容、PCB上緊耦合的電源和地平面來(lái)濾波。而高于這個(gè)頻率的只能在封裝和芯片級(jí)的去耦措施來(lái)完成了。
波形的采集時(shí)間越長(zhǎng),則轉(zhuǎn)化為頻譜后的頻譜分辨率(即delta f)越小。通常我們的開(kāi)關(guān)電源工作在10KHz以上,如果頻譜分辨率要達(dá)到100Hz的話,至少需要采集10ms長(zhǎng)的波形,在500MSa/s采樣率時(shí),示波器需要500MSa/s * 10 ms = 5M pts的存儲(chǔ)深度。
評(píng)論