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干货分享|测试电源和信号完整性时需要解决的5个关键问题

发布时间:2021-04-27   点击次数:75次

使用基于示波器的解决方案测试电源和信号完整性有一些测试挑战,如何解决这些测试挑战以获得最佳性能?我们将在这里讨论其中的五个问题。

 什么是电源和信号完整性?

 

信号完整性

信号完整性(SI)分析集中在发射机、参考时钟、信道和接收机在误码率(BER)方面的性能。电源完整性(PI)侧重于电源分配网络 (PDN) 提供恒定、干净的电源和低阻抗返回路径的技术。SI和PI具有广泛的相互依赖性。PDN会引起噪声和抖动。电路设计和元件-- 芯片封装、引脚、导线、过孔、连接器--会影响PDN的阻抗,从而影响供电质量。

我们知道,从电源引入噪声和抖动会导致高速串行网络中的误码率,至少会降低嵌入式系统的效率。在最坏的情况下,可能会导致在关键任务环境中出现错误比特或错误的数据。

电源完整性

电源完整性不仅仅是将电压保持在适当的范围内。电源完整性是保证应用于电路或设备的电源适合电路或设备的预期性能。其目的是保持从供电到耗电的电能质量。实现可接受的电源完整性意味着噪声水平在规定的允许范围内。

随着电气元件被要求在更小的电路板上执行更多的功能,这一点变得越来越重要。随着尺寸的不断缩小和复杂性的增加,嵌入式系统越来越接近电源输送路径或电源完整性组件。

 

在测试和分析电源完整性和信号完整性的过程中,攻克一些需要解决的关键问题是非常重要的。接下来我们进入正题,如何解决以下五大问题?

滤掉AC-DC电源转换中的纹波

在这里,设计人员需要最佳的电源质量,确保包含的任何一种开关纹波都不会被漏到下游--同时保持高效率。设计人员必须确保高效率/低噪声的直流转换,为整个电源分配网络 (PDN)供电,确保电源噪声 (PSN)保持在低限度。

DC-DC电源转换

在电源的这一阶段,设计人员要向最后级或负载点 (POL) 元件提供电源。其中最敏感的电源包括高速ADC转换器、FPGA内核和数字信号处理器(DSP)的电源。一个嵌入式设计可能会有1000多个电压和接地平面,以便在元件间传递功率。处理不同电压水平下的不同负载也是一个挑战。

测量系统对结果的影响

这包括正在使用的范围,不同的测量方法,探头,以及任何在探针尖前使用的适配器。了解这些是非常重要的,这样就可以知道它们对测量的影响。

其中一个例子是增加任何探头引线,都会降低测量系统的总带宽。探针连接的便利性与性能之间有一定权衡,所以了解任何连接器的带宽和共模抑制很重要。

信号完整性与电源完整性

由于电源完整性和信号完整性都会相互影响,因此了解它们相互之间是如何影响的,对于测量来说至关重要。其中一个的噪声会影响另一个,你需要了解这些测量之间的差异,以确定噪声源的根本原因。设计人员需要在时域和频域内对敏感电源上的纹波进行关联。

器件在整个频率范围内的响应

所有的器件都会在一个频率范围内变化,了解阻抗以及电源下的元件在该频率范围内的变化是很重要的。它决定了保持电源所需的基本谐振频率。

 

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