从时域的角度看电源完整性—让串扰无处躲藏

电源完整性，顾名思义，就是描述对电子系统内从源头输送到负载的功率的功效的研究。但随着目前数字信号速率的不断提升，电源完整性的精确测量变得越发困难。

那今天就从电源纹波和噪声测量说起，通常，纹波和噪声被认为可以互换，但是它们代表了不一样的测试方式，需要使用不同的方法和技术进行测量。比如，当讨论和开关稳压器相关的纹波和噪声时，通常认为纹波信号是在滤除开关信号和峰值噪声或者与切换边沿有关的振铃之后产生的。

通常，工程师选择示波器+探头的方式做电源纹波和噪声的时域测量。拿一个电子产品的供电系统来举例。在做一个产品定型前，需要确定这个产品所需要的最基本的功能模组，然后确认各个部件所需的供电系统所需层面和路径的时候，会预先根据相应规范和标准，指定一个Power Tree。正如你所看到的这样，一个主干道有很多分支，分支上再有分支，一直到末端。

用时域仪器进行测量的时候，要适应各种直流电压范围，示波器自身和探头对被测信号的影响要尽量达到最小，当然，还有What If分析。我们以1.1V电源轨上的纹波和噪声测量为例，将时域测试挑战细化如下：

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探头的衰减倍率

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探头+示波器的量测带宽

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示波器的垂直分辨率

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探头的DC offset

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量测系统的隔直器和相应的去嵌考量

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提供What If分析思路，预估改善了PI问题后，对SI带来多大的裕量提升

What If 分析，大家可能不太熟悉，这里多说几句，在完成电源纹波和噪声测试后，工程师通常要想办法降低纹波和噪声，那首先要找到源头，然后再判断是否值得花精力和时间降低来自某个源头的串扰噪声，即要提前预估当改善了来自某个源头的串扰后，会对数字信号的信号完整性带来多大的裕量提升。

使用MXR或EXR系列示波器、N7020A电源轨探头、D9010POWA软件，可很好地解决上面提出的各项挑战，下面的左图中，1.10V Supply with 115mVpp Noise是待测件上实际的带纹波和噪声的供电，是用MXR示波器结合N7020A电源轨探头完成的。

右边的两个图，是进一步结合D9010POWA的电源完整性软件，完成What If分析，右上图是由这个PI的问题所带来的SI信号完整性的眼图，该例中，Data Line眼图眼宽仅为73ps。右下图，是通过D9010POWA软件剔除了这个1.1V上的串扰噪声之后，预估出的信号完整性提升后的眼图，该例中，变为114ps的信号眼宽，实现了提前得知PI的改善后，会对SI的裕量带来多大的提升的预估。

敲黑板划重点：

电源完整性测试和相关眼图的What If分析

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使用MXR或EXR示波器，配合N7020A的电源完整性探头，可解决时域信号量测的挑战，包括：

◎ 低探头衰减比（1.1:1）

◎ 探头高带宽（2GHz）

◎ 探头具备直流偏置功能（±24V DC offset）

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使用D9010POWA软件，实现电源完整性和信号完整性的问题互调，即What If 分析：

◎ 预估改善了电源完整性问题后，对信号完整性产生的裕量提升

◎ 定位串扰问题的主要来源