电源完整性测试

电子设计的电源完整性

通过准确测量确保电子设计的电源完整性

目前的电子设备集成度高，电压电平低，而且器件对功率波动的容忍度也非常低。因此，分析 PCB上电源分配网络的性能是电路设计过程中的一个重要环节。以前在时域中测量功率电平纹波、噪声和瞬态便足以分析电路性能，此外如要检测导致功率尖峰的意外信号耦合，还需要进行频域测量。另一个因素也要加以考虑，那就是在电源浪涌和负载变化等瞬态阶段可能出现高达数百兆赫的高频响应，电源轨会因此变成传输线，从而影响信号完整性。

挑战在于需要进行准确的时域测量，确保能够准确检测 1 V 至 3 V 电源轨上微弱的毫伏级信号的纹波、噪声和瞬态。为了准确测量纹波，所用示波器和探头的本底噪声必须远低于预期的峰-峰噪声。快速波形捕获率、高 ADC 分辨率和宽带宽对于捕获快速干扰和瞬态信号至关重要。为了测量耦合到电源轨上的无用信号以及频域中产生的谐波，示波器需要具备有用的 FFT 功能和出色的频率带宽。虽然电源开关速度可能在千赫兹范围内，但快速边沿产生的谐波可能高达兆赫兹。探头是测量仪器的必备器件，其性能非常重要。

此外，电源分配网络的阻抗需低至毫欧范围内，理想情况下不会随频率而变化。要分析瞬态阶段的阻抗，优选使用合适的网络分析仪和探头组合，而且网络分析仪需要具备低阻抗测量所需的动态范围，且频率范围能够覆盖高达数百兆赫兹的谐波。

电源完整性测量的五个技巧

电源完整性分析挑战

为了全方位分析电源分配网络的性能、检测功率电平的瞬态变化、测量电源纹波和噪声电平，还需要测量耦合到电源轨中的信号。

进行准确的功率测量，不受示波器宽带噪声的影响。确保检测到最坏情况下的性能。表征电源分配网络在负载变化等瞬态阶段的阻抗。

我们的电源完整性测试解决方案

罗德与施瓦茨示波器性能出色，能够准确测量电源完整性。低噪声前端能够检测幅度低至 1 mV 的信号，从而准确测量峰-峰纹波电压。快速分析最坏情况，在高采样率下波形捕获率高达 450 万波形/秒，每通道 3 Gsample 存储深度，带宽高达 16 GHz，能够捕获快速干扰和瞬态信号，强大的频谱分析可以检测信号耦合。特有的数字触发可以在整个信号带宽内进行触发。

探头针对功率测量进行了优化，是测试设置的重要器件。R&S®RT-ZPR20 电源轨探头具有 1:1 衰减比，示波器噪声仅增加 10%。内置偏置高达 ±60 V，最大程度地提高示波器的垂直灵敏度，可以测量交流电特性和实际的直流电数值。带宽高达 2 GHz，支持捕获高频瞬态和耦合信号。它具备多种探头选件，50 kΩ 直流输入阻抗可最大程度地降低对所测电源轨信号的干扰。集成式 16 位 R&S®ProbeMeter 电压计可同步读取每路电源轨的直流电数值，直流电测量精度可达 0.05%。

对于电源分配网络的阻抗测量，R&S®ZNL矢量网络分析仪的匹配度和精度优于同类产品。R&S®ZNL 不仅可以对无源器件的完整 S 参数进行双端口网络分析，还支持功率探头和频谱分析。R&S®ZNL 配备电池选件后，适合在实验室或户外进行各种测量。

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电源完整性解决方案的优势

确保检测到电源分配网络中的所有输出波动。电源完整性测量的时间比较长，我们的示波器具备业内出色的采样率和存储深度，能够长时间采集宽带宽内的所有波形。
充分利用示波器的最大 ADC，探头偏置范围高达 ±60 V，能够将感兴趣的波形置于屏幕中心并放大波形，而且噪声非常小，从而全方位了解功率电平的变化情况，同时测量了交流电特性和实际的直流电数值。
检测耦合到电源轨上的所有无用信号（和由此产生的谐波），并行使用示波器的尖端宽带频谱分析功能与时域数据。
检测阻抗变化，这种变化会导致电源分配网络在瞬态阶段（例如电源浪涌）进行不必要的高频传输，并降低设备的信号处理性能。

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