電源完整性測試

電源完整性測試是保障高速數字電路穩定運行的關鍵環節，尤其在10Gbps以上信號速率及低電壓供電場景中，其對噪聲敏感度和電源噪聲抑制能力的要求更為嚴格。以下從測試原理、核心項目、設備選型及注意事項四個維度進行詳解：

一、測試原理與核心目標

電源完整性（PI）關注電源分配網絡（PDN）的穩定性，通過評估直流壓降、瞬態響應、同步開關噪聲等參數，確保電源電壓和電流滿足芯片需求。其核心目標是控制電源噪聲在允許范圍內（通常要求容差<5%），并為信號提供低阻抗回流路徑。測試需結合信號完整性（SI）分析，因電源噪聲直接影響信號質量（如時鐘抖動、誤碼率等）。

二、核心測試項目及方法

電源紋波/噪聲測試?

測試條件?：滿載/空載雙工況，示波器帶寬設置為20MHz（純紋波）或全帶寬（紋波+噪聲）。

測量點?：輸出電容兩端，采用地線環靠接法，探頭選擇1:1衰減比的無源探頭。

合格標準?：紋波峰值<輸出電壓的1%，紋波噪聲<2%。

電壓精度測試?

儀器?：高精度萬用表，測量電源芯片輸出端及用電芯片電源引腳。

標準?：標稱電壓±5%范圍內。

環路響應分析?

方法?：通過伯德圖評估環路增益與相位裕度，使用示波器+信號源生成掃頻信號（如RIGOL MSO5000系列內置25MHz信號源）。

接線?：需隔離變壓器避免共地干擾。

瞬態響應與上下電波形?

觸發設置?：示波器捕獲上升/下降沿，分析過沖幅度（一般要求<10%）。

關鍵參數?：建立時間、保持時間及瞬態電流響應速度。

三、測試設備與方案配置

核心設備?

示波器?：推薦帶寬≥2.5GHz（如Keysight DSOS254A），支持FFT分析及高采樣率。

探頭?：優先選用低噪聲1:1探頭，配合N7020A電源探頭增強靈敏度。

輔助工具?：網絡分析儀（阻抗測試）、直流電源分析儀（壓降測量）。

典型方案?

伯德圖測試方案?：RIGOL MSO5000示波器 + 伯德圖軟件 + 隔離變壓器，覆蓋10Hz-25MHz掃頻范圍。

紋波噪聲方案?：示波器帶寬限20MHz，AC耦合，使用地線環縮短路徑以降低干擾。

四、關鍵技巧與注意事項

降噪技巧?

采用50Ω示波器輸入降低系統噪聲，靈活使用直流阻斷器及探頭偏置放大信號。

FFT分析鎖定噪聲頻段，通過平均功能去除無關噪聲。

操作規范?

避免探頭負載效應：50Ω端子連接時需考慮電源負載影響。

電磁屏蔽：測試環境需使用屏蔽室，確保接地良好以減少共模干擾。

長期穩定性測試：監測電源在不同負載下的紋波變化及保護功能（如過壓、短路保護）。

五、測試報告與優化建議

測試結果需記錄波形、頻域響應及誤碼率數據，結合電源抑制比（PSRR）和PDN阻抗分析提出優化方向（如調整濾波電容布局、優化電源平面設計）。對于高頻諧振噪聲，可通過增加去耦電容或調整PCB疊層結構改善。