干貨分享|測試電源和信號完整性時需要解決的5個關(guān)鍵問題
[導讀]使用基于示波器的解決方案測試電源和信號完整性有一些測試挑戰(zhàn)，如何解決這些測試挑戰(zhàn)以獲得最佳性能？
使用基于示波器的解決方案測試電源和信號完整性有一些測試挑戰(zhàn)，如何解決這些測試挑戰(zhàn)以獲得最佳性能？我們將在這里討論其中的五個問題。
什么是電源和信號完整性？
首先讓我們定義下什么是電源和信號完整性。
信號完整性
信號完整性(SI)分析集中在發(fā)射機、參考時鐘、信道和接收機在誤碼率(BER)方面的性能。電源完整性(PI)側(cè)重于電源分配網(wǎng)絡(luò) (PDN) 提供恒定、干凈的電源和低阻抗返回路徑的技術(shù)。SI和PI具有廣泛的相互依賴性。PDN會引起噪聲和抖動。電路設(shè)計和元件-- 芯片封裝、引腳、導線、過孔、連接器--會影響PDN的阻抗，從而影響供電質(zhì)量。
我們知道，從電源引入噪聲和抖動會導致高速串行網(wǎng)絡(luò)中的誤碼率，至少會降低嵌入式系統(tǒng)的效率。在最壞的情況下，可能會導致在關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境中出現(xiàn)錯誤比特或錯誤的數(shù)據(jù)。
電源完整性
電源完整性不僅僅是將電壓保持在適當?shù)姆秶鷥?nèi)。電源完整性是保證應(yīng)用于電路或設(shè)備的電源適合電路或設(shè)備的預期性能。其目的是保持從供電到耗電的電能質(zhì)量。實現(xiàn)可接受的電源完整性意味著噪聲水平在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。
隨著電氣元件被要求在更小的電路板上執(zhí)行更多的功能，這一點變得越來越重要。隨著尺寸的不斷縮小和復雜性的增加，嵌入式系統(tǒng)越來越接近電源輸送路徑或電源完整性組件。
在測試和分析電源完整性和信號完整性的過程中，攻克一些需要解決的關(guān)鍵問題是非常重要的。接下來我們進入正題，如何解決以下五大問題？
1
濾掉AC-DC電源轉(zhuǎn)換中的紋波
在這里，設(shè)計人員需要最佳的電源質(zhì)量，確保包含的任何一種開關(guān)紋波都不會被漏到下游--同時保持高效率。設(shè)計人員必須確保高效率/低噪聲的直流轉(zhuǎn)換，為整個電源分配網(wǎng)絡(luò) (PDN)供電，確保電源噪聲 (PSN)保持在最低限度。
2
DC-DC電源轉(zhuǎn)換
在電源的這一階段，設(shè)計人員要向最后級或負載點 (POL) 元件提供電源。其中最敏感的電源包括高速ADC轉(zhuǎn)換器、FPGA內(nèi)核和數(shù)字信號處理器（DSP）的電源。一個嵌入式設(shè)計可能會有1000多個電壓和接地平面，以便在元件間傳遞功率。處理不同電壓水平下的不同負載也是一個挑戰(zhàn)。
3
測量系統(tǒng)對結(jié)果的影響
這包括正在使用的范圍，不同的測量方法，探頭，以及任何在探針尖前使用的適配器。了解這些是非常重要的，這樣就可以知道它們對測量的影響。
其中一個例子是增加任何探頭引線，都會降低測量系統(tǒng)的總帶寬。探針連接的便利性與性能之間有一定權(quán)衡，所以了解任何連接器的帶寬和共模抑制很重要。
4
信號完整性與電源完整性
由于電源完整性和信號完整性都會相互影響，因此了解它們相互之間是如何影響的，對于測量來說至關(guān)重要。其中一個的噪聲會影響另一個，你需要了解這些測量之間的差異，以確定噪聲源的根本原因。設(shè)計人員需要在時域和頻域內(nèi)對敏感電源上的紋波進行關(guān)聯(lián)。
5
器件在整個頻率范圍內(nèi)的響應(yīng)
所有的器件都會在一個頻率范圍內(nèi)變化，了解阻抗以及電源下的元件在該頻率范圍內(nèi)的變化是很重要的。它決定了保持電源所需的基本諧振頻率。
信號完整性和電源完整性通常被認為是單獨的學科，但我們已經(jīng)看到，你需要很好地理解它們的差異，以解決這五個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。MSO6B系列混合信號示波器可以作為這樣的必要工具，在易于使用的觸摸屏環(huán)境中同時滿足這兩個學科的測試需求。
什么是電源和信號完整性？
首先讓我們定義下什么是電源和信號完整性。
信號完整性
信號完整性(SI)分析集中在發(fā)射機、參考時鐘、信道和接收機在誤碼率(BER)方面的性能。電源完整性(PI)側(cè)重于電源分配網(wǎng)絡(luò) (PDN) 提供恒定、干凈的電源和低阻抗返回路徑的技術(shù)。SI和PI具有廣泛的相互依賴性。PDN會引起噪聲和抖動。電路設(shè)計和元件-- 芯片封裝、引腳、導線、過孔、連接器--會影響PDN的阻抗，從而影響供電質(zhì)量。
我們知道，從電源引入噪聲和抖動會導致高速串行網(wǎng)絡(luò)中的誤碼率，至少會降低嵌入式系統(tǒng)的效率。在最壞的情況下，可能會導致在關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境中出現(xiàn)錯誤比特或錯誤的數(shù)據(jù)。
電源完整性
電源完整性不僅僅是將電壓保持在適當?shù)姆秶鷥?nèi)。電源完整性是保證應(yīng)用于電路或設(shè)備的電源適合電路或設(shè)備的預期性能。其目的是保持從供電到耗電的電能質(zhì)量。實現(xiàn)可接受的電源完整性意味著噪聲水平在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。
隨著電氣元件被要求在更小的電路板上執(zhí)行更多的功能，這一點變得越來越重要。隨著尺寸的不斷縮小和復雜性的增加，嵌入式系統(tǒng)越來越接近電源輸送路徑或電源完整性組件。
在測試和分析電源完整性和信號完整性的過程中，攻克一些需要解決的關(guān)鍵問題是非常重要的。接下來我們進入正題，如何解決以下五大問題？
1
濾掉AC-DC電源轉(zhuǎn)換中的紋波
在這里，設(shè)計人員需要最佳的電源質(zhì)量，確保包含的任何一種開關(guān)紋波都不會被漏到下游--同時保持高效率。設(shè)計人員必須確保高效率/低噪聲的直流轉(zhuǎn)換，為整個電源分配網(wǎng)絡(luò) (PDN)供電，確保電源噪聲 (PSN)保持在最低限度。
2
DC-DC電源轉(zhuǎn)換
在電源的這一階段，設(shè)計人員要向最后級或負載點 (POL) 元件提供電源。其中最敏感的電源包括高速ADC轉(zhuǎn)換器、FPGA內(nèi)核和數(shù)字信號處理器（DSP）的電源。一個嵌入式設(shè)計可能會有1000多個電壓和接地平面，以便在元件間傳遞功率。處理不同電壓水平下的不同負載也是一個挑戰(zhàn)。
3
測量系統(tǒng)對結(jié)果的影響
這包括正在使用的范圍，不同的測量方法，探頭，以及任何在探針尖前使用的適配器。了解這些是非常重要的，這樣就可以知道它們對測量的影響。
其中一個例子是增加任何探頭引線，都會降低測量系統(tǒng)的總帶寬。探針連接的便利性與性能之間有一定權(quán)衡，所以了解任何連接器的帶寬和共模抑制很重要。
4
信號完整性與電源完整性
由于電源完整性和信號完整性都會相互影響，因此了解它們相互之間是如何影響的，對于測量來說至關(guān)重要。其中一個的噪聲會影響另一個，你需要了解這些測量之間的差異，以確定噪聲源的根本原因。設(shè)計人員需要在時域和頻域內(nèi)對敏感電源上的紋波進行關(guān)聯(lián)。
5
器件在整個頻率范圍內(nèi)的響應(yīng)
所有的器件都會在一個頻率范圍內(nèi)變化，了解阻抗以及電源下的元件在該頻率范圍內(nèi)的變化是很重要的。它決定了保持電源所需的基本諧振頻率。
信號完整性和電源完整性通常被認為是單獨的學科，但我們已經(jīng)看到，你需要很好地理解它們的差異，以解決這五個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。MSO6B系列混合信號示波器可以作為這樣的必要工具，在易于使用的觸摸屏環(huán)境中同時滿足這兩個學科的測試需求。
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