電源紋波和噪聲
2024-08-06 09:00:29 EETOP電源是芯片的能量來源，也是邏輯狀態(tài)的參考基準。如果電源的紋波和噪聲過大，會在高速變化的邏輯信號上產(chǎn)生大量抖動，進而產(chǎn)生誤碼(注:誤碼即錯誤的碼元，將邏輯1當成邏輯0,或者將0當成1)，影響芯片的性能，甚至導致芯片無法正常工作。高速信號驗證中非常重要的隨機抖動和低頻的周期性抖動，就是由于電源的噪聲和紋波所引入的。
圖3：紋波對信號完整性的影響仿真分析工具
電源的紋波和噪聲測量，一直都是電源工程師們最關注的問題之一。 算力芯片更低的工作電壓，導致電源留給紋波和噪聲的裕度變得更小了，部分算力芯片及其外圍交換機芯片的電源紋波和噪聲的峰峰值要求低至3mV，給設計和測試都帶來了難題。
設計上，算力芯片普遍采用POL的降壓方式，將DC-DC變壓器盡可 能靠近負載端，可以有效避免傳輸鏈路上引入的外部干擾。
測試上，使用更高精度、更低底噪的示波器，和專用的電源紋波探頭， 降低測量系統(tǒng)引入的噪聲，才能更準確地測量電源紋波和噪聲。
解決方案構(gòu)成
泰克MSO6B示波器擁有12-bitsADC和泰克專利的Tek061前端芯片，使示波器的底噪達到了驚人的8.68uV(有效值)。同時利用專有的頻域測試功能，讓紋波成分無所遁形，配合專用的TPR電源軌探頭，測量系統(tǒng)底噪低至300uV峰峰值，為精確測量低電壓、高精度的電源噪聲提供了可能。MSO64B的底噪和市場上其它同類示波器相比，優(yōu)勢非常明顯。
圖5：MSO6B示波器和競品的底噪對比
泰克的電源軌探頭TPR系列，20MHZ帶寬下的底噪的峰峰值（注意是峰峰值）低至300uV。而且TPR探頭還支持高達60V的偏置電壓，多種多樣的探頭附件，不僅測得準，用起來還很方便。
圖6：TPR探頭指標
實測案例分享
數(shù)據(jù)中心里的交換機，是算力單元協(xié)同合作、構(gòu)建算力網(wǎng)絡的橋梁。我們用來實測的這個交換機，核心芯片電源約為1V，規(guī)范要求其噪聲峰峰值在3mV以內(nèi)。
圖7:使用MSO6B和TPR探頭實測數(shù)據(jù)中心交換機芯片的電源紋波和噪聲
我們分別使用三種探頭測量這個交換器的電源紋波和噪聲。使用普通無源探頭和地線環(huán)，測量電源噪聲的結(jié)果，最大峰峰值為7.97mV。使用有源差分探頭，測量待測物的電源噪聲，最大峰峰值為4.92mV。使用TPR電源軌探頭，電源紋波的峰峰值居然只有驚人的為714uV），遠小于規(guī)范要求的3mV。這個產(chǎn)品的電源設計其實非常優(yōu)秀，但如果用常規(guī)的無源探頭或有源差分探頭，根本測不出它真實的噪聲水平。
圖8：分別使用無源探頭，有源差分和TPR電源軌探頭，對比實測結(jié)果
總結(jié)
在電源紋波和噪聲要求越來越高的今天，示波器和探頭所引入的系統(tǒng)底噪不容忽視。測量結(jié)果不達標可能是因為示波器和探頭的精度不夠，而不是待測物設計地不夠好。使用泰克高精度示波器MSO6B和專用的電源紋波探頭TPR系列，儀器底噪低至300uV，為精確測量低電壓、高精度的電源噪聲提供了可能。了解MSO6B更多，https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes/6-series-mso。
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