電源是芯片的能量來(lái)源，也是邏輯狀態(tài)的參考基準。如果電源的紋波和噪聲過(guò)大，會(huì )在高速變化的邏輯信號上產(chǎn)生大量抖動(dòng)，進(jìn)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(wú)法正常工作。高速信號驗證中非常重要的隨機抖動(dòng)和低頻的周期性抖動(dòng)，就是由于電源的噪聲和紋波所引入的。
圖1：電源紋波和噪聲
圖2：紋波的頻域分析
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(guān)注的問(wèn)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(lái)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(zhuān)用的電源紋波探頭， 降低測量系統引入的噪聲，才能更準確地測量電源紋波和噪聲。
解決方案構成
泰克MSO6B示波器擁有12-bitsADC和泰克專(zhuān)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(shí)利用專(zhuān)有的頻域測試功能，讓紋波成分無(wú)所遁形，配合專(zhuān)用的TPR電源軌探頭，測量系統底噪低至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(chǎng)上其它同類(lèi)示波器相比，優(yōu)勢非常明顯。
圖4：使用MSO6B和TPR探頭測試電源紋波
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(lái)還很方便。
圖6：TPR探頭指標
實(shí)測案例分享
數據中心里的交換機，是算力單元協(xié)同合作、構建算力網(wǎng)絡(luò )的橋梁。我們用來(lái)實(shí)測的這個(gè)交換機，核心芯片電源約為1V，規范要求其噪聲峰峰值在3mV以?xún)取?/font>
圖7:使用MSO6B和TPR探頭實(shí)測數據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(gè)交換器的電源紋波和噪聲。使用普通無(wú)源探頭和地線(xiàn)環(huán)，測量電源噪聲的結果，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），遠小于規范要求的3mV。這個(gè)產(chǎn)品的電源設計其實(shí)非常優(yōu)秀，但如果用常規的無(wú)源探頭或有源差分探頭，根本測不出它真實(shí)的噪聲水平。
圖8：分別使用無(wú)源探頭，有源差分和TPR電源軌探頭，對比實(shí)測結果
總結
在電源紋波和噪聲要求越來(lái)越高的今天，示波器和探頭所引入的系統底噪不容忽視。測量結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(zhuān)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。
關(guān)于泰克科技
泰克公司總部位于美國俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創(chuàng )新、精確、操作簡(jiǎn)便的測試、測量和監測解決方案，解決各種問(wèn)題，釋放洞察力，推動(dòng)創(chuàng )新能力。70多年來(lái)，泰克一直走在數字時(shí)代前沿。 |
