分析电源分配网络 (PDN) 上的电源完整性

电源完整性的研究对象是电源分配网络 (PDN)，分析从电源到终端的电压及电流是否符合需求。电源分配网络指的是从电压调节模块（VRM）到负载芯片（IC）的互联网络及其上的所有器件（包括PCB走线、电容、过孔等）。

电源完整性的设计目标是把电源噪声控制在一个很小的容差范围内，实时响应负载对电流的快速变化，从而为芯片提供干净稳定的电压，以及为其他信号提供低阻抗的回流路径。从另一方面也可以说系统中的所有元件都直接或间接地被连接到电源分配网络上。这就使电源完整性设计不是一个单纯的芯片供电问题，而是影响系统性能的重要因素。

对更快速度和更高密度的追求意味着更快的转换速率、更高的频率和更多的电源轨，以及更低的电压水平和更高的电流。这给信号完整性和电源完整性的测量分析带来了压力。泰克提供有针对性的示波器、探头、频谱分析仪、软件等，可从容应对这些挑战。

在不阻断直流电或给电源轨带来过大负载的情况下测量高频纹波

噪声测量是电源完整性分析的重要环节。电源轨的噪声参数可以达到MHz或GHz频率范围，而电压幅值是毫伏级，这给测量带来了挑战。

低噪声高带宽的示波器可以进行这些测量，但将信号输入到仪器中并非易事。

示波器随附的高阻抗10X无源探头可能具有足够的带宽，但它们会衰减您试图测量的噪声信号。

1X探头可以无衰减地传递噪声信号，但其带宽范围仅限于几MHz。输入阻抗为50 Ω的传输线探头或电缆具有很好的高频性能，但在直流时会产生很大负载。

用于电源轨测量的理想探头应在直流时具有高阻抗，而在高频时充当50 Ω传输线。TPR1000和TPR4000等电源轨探头就专为应对这些挑战而设计，具有高带宽、低衰减和最小负载效应。

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应对1 V至48 V及以上的电源

尽管许多FPGA（现场可编程逻辑门阵列）和SoC（片上系统）的主电源电压已经大幅下降，但除此之外，还要考虑其他电源。片上 I/O 电源的输出范围可能远大于主逻辑电源电压。为负载点调节器或电压调节模块 (VRM) 供电的整体电源的电压通常要高得多。

尽管许多示波器和探头可以提供一定的直流偏置，但可能不足以应对系统中的所有电源轨。在较低的每格电压值（较高灵敏度）设置下，仪器系统提供的直流偏置往往较少。虽然可选择阻断直流电，但这通常是不可取的。

除了满足上面概述的高频需求外，TPR1000和TPR4000等电源轨探头还可提供高偏置范围以应对不同电压水平。

最小化测量系统噪声成分

测量10 mV量级的噪声需要特别注意测量系统噪声。如上所述，使用低衰减探头或1X探头可以减轻示波器放大器的负担。示波器的内部噪声和测量分辨率也起着至关重要的作用。

6系列MSO混合信号示波器的全新前端具有业内优秀的噪声性能。示波器的开放信道噪声低至 50μV_RMS和 466μV_峰值。当与TPR1000/4000电源轨探头搭配使用时，系统噪声可低至 70μV_RMS。

6系列在采样率为12.5 GS/s时，分辨率为12位。高分辨率功能可在采样率为625 MS/s及以下时将分辨率提高到16位。4和5系列MSO的基础分辨率也为12位，使用高分辨率模式时分辨率同样最高可达16位。

测量电源分配网络阻抗

为 FPGA、处理器和其他复杂集成电路供电的电源分配网络，电源轨阻抗必须很低，才能提供大电流以响应快速变化的需求。但是，网络内许多部件都会产生阻抗，包括稳压器、解耦电容和PCB走线。所以阻抗测量也是电源完整性分析的重要环节。高速开关涉及宽带频率，并且阻抗的意外变化会导致瞬变或噪声过大。在较宽的频率范围内测量网络设计的阻抗可确保网络不会发生意外情况。

传统上，网络阻抗测量使用双端口 TTR500 等 VNA 进行，测量范围从 100 kHz 到 6 GHz。

5和6系列MSO示波器可以使用分析软件、信号发生器（内置或使用AFG31000系列产品）和隔离变压器来在较宽的频率范围内测量电源轨阻抗。频率可低至10 Hz，高至50MHz（内部信号发生器），或AFG31000系列的最大值。

PWR 应用指南

两端口测阻抗