盛铂科技电源完整性测试方案 盛铂科技（上海）有限公司

2016-03-15

关于盛铂科技

合作伙伴

RF与微波测试系统：Noisecom、

Anapico、Conduant、授权技术

解决方案合作伙伴

功率电子：整合全球最优秀品

牌（Venable、Infratek、CT等）

为客户提供完整系统方案

计量专业测试：Transmille中国

区域独家授权

公司背景

成立于2013年3月，上海

初创团队均来自全球一流厂

商Tektronix，具有丰富的行

业经验

致力于为客户提供精益化、

专业化、个性化的创新测试

测量解决方案

已拥有多个软件著作权，并

获得国家创新资金项目支持

主要业务

独立自主研发全球首创的一

体化宽带RF矢量信号解决方

案

专业提供RF、功率电子、高

速信号等领域的自动测试测

量集成方案及服务

与全球知名厂商合作，提供

完善测试测量产品配置

电子设备都需要电源

典型供电系统

PCB板

DC/DC

PDN网络

芯片供电电压变化趋势

5

10%

1-5%

冗余度

过去 当前

1-3%

电源噪声导致数据/时钟抖动

6

电源冗余度

电源噪声

输入

输出

抖动

抖动 抖动

电源纹波噪声对高速信号质量的影响

7

好的开关电源，输出纹波 <5mVp-p ~0.2UI Jitter

差的开关电源，输出纹波 <20mVp-p ~0.32UI Jitter

电流纹波噪声对高速信号干扰的仿真

Momentum for HSD 8

ADS 设计及仿真软件 1 Gbps PRBS TX信号. IC Core sink电流频率变化:100, 270MHz.

IC Sink电流 = 100 MHz

IC Sink电流 = 270 MHz

RX 眼图

电源纹波及噪声的来源

l

PARD (周期和随机性干扰) — 直流电压的纹波，噪声，开关瞬变. 开关电源输出纹波

（DC-20MHz） 芯片工作产生的高频同步开关噪声

及PCB板PDN网络阻抗不连续引起的信号反射等 （DC-1GHz）

VRM PCB 板 封装及基板 IC 电路

电源纹波及噪声的测试(mV级别) Keysight S系列示波器 最高达8GHz带宽，高信号保证度

10 位模数转换器(ADC)保证高垂直分辨率

低噪声前端, 6.4 位系统有效位数(ENOB)

专用纹波探头(2GHz带宽,1:1衰减倍数，

高阻输入,24V直流偏置)

N7020A有源纹波探头

其他有源探头: 10mVp-p

N7020A有源纹波探头: 0.9mVp-p S系列示波器

电源纹波及噪声的测试(uV级别)

Boonton 9241射频电压表 10Hz - 1.2GHz带宽

差分电压测试

200uV-300V测量范围

1% 测量精度

选配探头10Hz-100MHz 或者10Hz-1.2GHz

对电源噪声进行频谱分析

3.3V直流电压

10MHz 时钟

10MHz 时钟

2.8MHz 开关频率

改善电源纹波噪声的方法 PDN 网络优化设计(几十兆Hz)

使用电源平面代替电源线，降低供电线路上的电感和电阻 电源平面和地平面相邻，电源和地紧密耦合 控制PDN网络目标阻抗

ADS 设计及仿真软件

改善电源纹波噪声的方法 增加去偶电容 (10KHz-几百兆Hz)

放置旁路电容，1μF~10μF 电容放置在电路板的电源输入上，而0.01μF ~0.1μF 电容则放置在电路板的每个有源器件的电源引脚和接地引脚上

芯片封装优化（400MHz及以上) 过多的增加去偶电容会恶化VRM回

路控制电路

VRM PCB 板 封装及基板 IC 电路

PCB板级电容 封装上电容 片上电容

改善电源纹波噪声的方法

VRM(电压调节模块)控制回路改善 (DC-100KHz)

德州仪器公司LM3743 DC-DC芯片

什么是频率响应分析仪

频率响应分析仪是测量被测系统频率特性的仪器 FRA基本原理

使用窄带频域检测方式，能够给被测件加扫频激励，测试结果与所加的激励的频率同

步，这种调谐方式使FRA能够测试非常小的信号，甚至信号中夹杂噪声。

FRA分析能力

开环频率特性的性能分析：基于开环频率特性函数的性能分析指标有如下两个：一是

相角裕量γ，反映系统的相对稳定性；另一个是截止频率ωc，反映系统的快速性。

闭环频率特性的性能分析：基于闭环频率特性函数的常用指标有两个：一是谐振峰值

Mr，反映系统的相对稳定性；另一个是频带宽度或者带宽频率ωB，定义为闭环幅频特

性幅值M(ω)下降到0.707M(0)时对应的角频率，它反映了系统的快速性。

常用的频率响应表示方法是图形表示法。根据系统频率响应幅值、相位和频率之间的

不同显示形式，有伯德(Bode)图、奈魁斯特(Nyquist)图和尼柯尔斯(Nichols)图。

FRA应用场合

频率响应分析仪广泛地应用电源系统回路增益/相位分析，航空航天、军工、机械制造

的振动分析，大型机械的故障监测与诊断，自控系统、伺服系统的设计与调试，电子

元件、压电元件的阻抗与谐振测试，高压电网滤波器调试，桩基检测，自动控制系统

科研与教学等领域。

开关电源控制回路增益测试

回路增益伯德图

频响分析仪连接示意图

OscillatorInjection

Resistor

Modulator

Amplifier

Signal

Path

V V1 (Input)

V V2 (Output)

Injection Transformer

Crossover: 截止频率 Phase Margin: 相位裕量 Gain Margin: 增益裕量

Venable频响分析仪

美国品牌，成立于1979年奥斯汀

频率响应分析仪的第一品牌

频率响应分析方法的发明者

专注于频率响应分析仪 （频率特性分析仪，阻抗分析仪，回路分析仪）

国际用户：苹果,Google,Intel,思科,微软,NASA,波音,洛克希德马丁等

国内用户：航嘉电源, 南航自动化, 中科院电工所, 14所, 哈工大航空电

源,上海交大,西安微电子所, 海康威视，航天/航空院所等

Venable频响分析仪主要特点

型号： 6305/20/40 350c-05/20/40 7405/20/40 8805/20/40

信号源频率范围 10uHz to 5/20/40MHz

10uHz to 5/20/40MHz

10uHz to 5/20/40MHz

10uHz to 5/20/40MHz

(方波10uHz到 1MHz)

信号源波形 正弦，方波

分析仪方法 模拟 模拟 模拟 模拟, 数字 (I2C 和同步输出 )

通道数 2 3 4 2+1

信号源交流幅值 1mV - 10Vpk

信号源直流幅值 ±10V, 10mV step

最大输入 ±500V峰值

输入隔离度 ±600V峰值

动态范围 120dB

信号源工作方式 固定频率，扫频，手动控制步进扫频

信号源控制 软件动态控制并监视幅值，可以实时调整

回路增益测试连接示意图

误差放大器辅助设计

实际测试伯德图

分析设置

截止频率=40KHz

误差放大器辅助设计

误差放大器设计

误差放大器传递函数

截止频率=40KHz

误差放大器辅助设计

乘法调制器的误差放大器响应

预测值与实测环增益和相位

截止频率=40KHz

在线阻抗测试

Source 输出阻抗=CH2/CH1

Load 输入阻抗=CH3/CH1

Power

Amplifier

OSC

CH1 CH2 CH3

Frequency Response Analyzer

Voltage

Voltage

Current

Probe

Source Load

Injection

Transformer

在线阻抗测试

测量10pF电容 实际测量结果10.39 pF

电感的阻抗图 L=203 uH, R=259 mohms, C=5.3 pF

在线阻抗测试

估值

测试值

选择模式

建立伯德图

使用Venable RLC软件进行组件建模

在线阻抗测试

测量值

仿真值

电感的阻抗曲线 – 测试盒建模

在线阻抗测试

内部阻抗– 镍镉电池, 1.4Ahr, 0.5A 放电

R1 R1+

R2

wR2C

= 1 Increasing

Frequency

镍镉电池阻抗– 奈奎斯特图

电源纹波及噪声模拟器

JV9000产品特点 最大输出电压：5V (可定制 )

最大输出电流：5A （默认500mA）

白噪声频率：500Hz~2GHz （可定制）

白噪声功率：0dBm~10dBm

支持在电源上加入内部CW连续波（频率可调）最高3GHz

外部输入信号频率范围：1KHz~1.5GHz

高分辨率衰减机制（0.1dB步进，0~127dB可调）

电源纹波及噪声模拟器(原理框图)

外部输入信号

电源输入

电源输出

白噪声发生器

连续波信号发生器

电源噪声抑制能力测试

示波器 电源

输出

输出

电源输入

输入

JV9000 电源 噪声模拟器

上图: 555 计数器时钟信号

10kHz CW信号注入到 Vcc

下图: 555 计数器时钟信号

1MHz CW信号注入到 Vcc

电源噪声抑制能力测试

总结

电源完整性需从仿真/建模、测试、可靠性各方面考虑。 ADS仿真及设计软件可进行全面SI/PI相关分析。 电源纹波对测量系统的底噪和带宽提出更高要求，S系列

示波器底噪声业内最低，配合N7020A专用纹波探头可以提供优异的电源纹波测量能力。

Venable频率响应分析仪提供最佳的开关电源回路增益分析能力，独特的误差放大器的辅助设计软件可以帮助客户轻松改善回路控制电路的特性，还可以做在线高精度阻抗测试(尤其大电流系统)。

业内唯一的可编程电源纹波及噪声模拟器是抗扰度测试的最佳方案。

盛铂科技电源完整性测试方案

Noisecom电源纹波及噪声模拟器 Venable频率响应分析仪

数字示波器 电源完整性设计及仿真软件

射频电压表