泰克MSO6B系列示波器低電壓下電源紋波與噪聲的測試挑戰(zhàn)

電源作為算力芯片的能量來源和邏輯狀態(tài)參考基準(zhǔn)，其紋波與噪聲的控制至關(guān)重要。若紋波和噪聲過大，會給高速變化的邏輯信號帶來大量抖動，進(jìn)而產(chǎn)生誤碼 —— 即把邏輯 1 誤判為 0，或把邏輯 0 誤判為 1，輕則影響芯片性能，重則導(dǎo)致芯片無法正常工作。在高速信號驗(yàn)證中，關(guān)鍵的隨機(jī)抖動和低頻周期性抖動，很多都由電源的噪聲和紋波引入。

電源的紋波和噪聲測量，一直是電源工程師關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著算力芯片工作電壓不斷降低，電源留給紋波和噪聲的裕度大幅縮小，給設(shè)計(jì)與測試都帶來了難題。

設(shè)計(jì)層面，算力芯片普遍采用 POL 降壓方式，將 DC-DC 變壓器盡可能靠近負(fù)載端，以此有效避免傳輸鏈路上引入的外部干擾。

測試層面，則需要使用更高精度、更低底噪的示波器和專用電源紋波探頭，通過降低測量系統(tǒng)自身引入的噪聲，來實(shí)現(xiàn)對電源紋波和噪聲的準(zhǔn)確測量。

泰克的 MSO6B 系列示波器在底噪性能上表現(xiàn)優(yōu)異，其底噪有效值在 20MHz 帶寬下低至 8.68uV，1GHz 帶寬下低至 51.5uV，是準(zhǔn)確測量電源紋波和噪聲的優(yōu)選之一。

或許有人會問，若電源電壓為 1V，示波器底噪稍高一些，裕量是否還有很大空間，是否可行？這需要從兩個(gè)方面來理解：

其一，儀器的底噪指標(biāo)通常采用有效值，而電源紋波和噪聲的測量規(guī)范一般使用峰峰值。峰峰值與測量樣本數(shù)相關(guān)，測量樣本數(shù)越多，峰峰值越大，我們可近似認(rèn)為峰峰值是有效值的 10 倍以上。

其二，電源工程師測量底噪和紋波時(shí)都會用到探頭，而探頭會引入額外的底噪。

為什么一定要用探頭呢？原因有幾點(diǎn)：一是探頭使用便捷；二是探頭能提供較高的輸入阻抗，對待測電路的影響小；三是探頭可提供較大的偏置電壓，能在測量噪聲和紋波的同時(shí)，觀察到電源直流電壓的變化，尤其當(dāng)芯片負(fù)載處于動態(tài)變化時(shí)，電源直流電壓也會隨之改變。

當(dāng)示波器接上探頭后，再去測量底噪的峰峰值，就會發(fā)現(xiàn)實(shí)際底噪并不小。有示波器和探頭的工程師可以嘗試一下：將示波器接上探頭，不接任何待測信號，在示波器上打開峰峰值測量，得到的結(jié)果就是系統(tǒng)底噪。

常規(guī)的示波器與探頭組合，系統(tǒng)底噪峰峰值在 5mV 以上。但有些算力芯片和通信芯片，要求電源噪聲的峰峰值必須小于 3mV，如此一來，測量系統(tǒng)自身的底噪就已經(jīng)超出要求，測量結(jié)果自然難以達(dá)標(biāo)。

為了更準(zhǔn)確地測量電源紋波和噪聲，泰克推出了專用的電源軌探頭 TPR 系列。該系列探頭在 20MHz 帶寬下，底噪峰峰值低至 300uV，即便在 4GHz 全帶寬下，底噪峰峰值也僅為 1.3mV。而且 TPR 探頭支持高達(dá) 60V 的偏置電壓，還有多種探頭附件，不僅測量精準(zhǔn)，使用起來也十分方便。