如何测量由于电源噪声和纹波引起的抖动

  浏览量2023-11-27 作者: 轨道交通

  低电平组件需要超稳定的电源,而高速数字信号则需要具有可重复的边沿转换时间。数字信号的两个方面是相关的,您需要抑制电源噪声的所有方面以减少数字系统中的抖动。在设计调试期间,如果要隔离和消除电源噪声源,则需要在整个电路板上收集测量结果。这是您如何隔离直流线上会引起抖动的确定性强噪声源的方法。

  如果您曾经覆盖过数字信号的时域轨迹,那么您就对抖动很熟悉。该术语(有时与相位噪声互换使用)是指数字信号的边沿触发和通过逻辑电路的传播延迟中的波动。抖动与电源噪声紧密关联,在电源噪声中,直流电源电平的波动会导致数字信号延迟触发或延迟触发。下表显示了一般半导体器件和PCB中电源噪声的主要来源。

  当一个系统有多个时钟时,这通常看起来是随机的,但是通过一些分析,你能确定哪些组件是这种噪声的主要驱动因素

  该表中的最后一项是最需要我们来关注的一项,因为它对抖动的影响很大。PDN设计和分析中经常提到〜1 ps / mV的抖动灵敏度值。对于具有高电源电平和低上升时间(例如分别为3.3 V和〜1 ns)的器件,纹波引起的抖动可能仅在5%纹波时不会上升到15%以上。但是,随着组件变得越来越小以及开关速率增加,抖动和电源电压纹波的容差也慢慢变得严格。

  在PDN上:您需要将PDN设计为低纹波,以防止强烈的抖动。如果您能够更好的降低到几mV RMS纹波电压,那么您的PDN设计就做得很好。

  时钟抖动:所有时钟对各种噪声源都有自己的敏感性,这会影响时钟信号输出的抖动。PDN应该设计为始终具有低纹波,但是时钟信号中的抖动仍会在组件的输出上产生抖动。这是由于在其他组件中锁存和触发位转换时出错。

  当您拥有多个系统时钟时,最后一点将变得更困难,并且您需要确定对抖动影响比较大的时钟。对于系统时钟,或来自单个源的多条时钟线,您可能可以查明特定组件的抖动源。通常,多个时钟将导致PDN上的瞬态纹波,然后造成系统中其他位置的抖动。自然抖动也有一个下限,与瞬态纹波无关。这只可以通过使用PLL锁定到更稳定的参考振荡器来清除。最后,一个PDN部分(例如5 V)上的噪声可能会在另一PDN部分(例如3.3 V)上产生噪声。

  如果可以测量抖动和电源噪声,则能确定对组件中的抖动影响比较大的噪声源。您需要的主要工具是可以收集眼图的高带宽示波器。

  对于某些示波器来说,测量抖动十分艰难,因为它在观察波形时依赖于边沿触发。从视觉上看,在观察示波器迹线时抖动并不明显,确定抖动可能需要手动平移并叠加多个信号迹线,以量化抖动。这就是怎么回事量化电源噪声及其抖动的标准方法是使用高质量的示波器收集眼图的原因。

  收集了特定组件的眼图后,您可以将其与时域中PDN上纹波的直接测量值作比较。应当在多种情况下执行此操作,因为瞬态纹波导致的电源噪声不会增加。在这种情况下,PDN电压波动被表示为正交相加的复数。

  对于示波器对PDN纹波的任何测量,请使用衰减系数尽可能低的探头,因为这将防止探头夸大您测得的电源噪声。此外,请注意示波器的带宽。PDN上的瞬变可具有高达〜1 GHz的频率分量。仅使用需要收集准确测量值的带宽,因为这将使您看到PDN纹波中所有可能的毛刺。

  您可能希望从时域PDN纹波测量中看到FFT结果。强大的高频噪声源对背景噪声非常明显

  进行时域测量后,如果有多个有源组件,您将无法查看哪个开关组件或时钟是造成纹波的重要的因素。而是将数据带入频域。功率谱中的任何强峰值将对应于某些组件或时钟在指定频率下的切换。然后,您能采用措施减少所标识组件产生的纹波,例如添加去耦/旁路电容器或确保相关PDN上的更大的平面间电容。

  中国 北京,2012年11月20日 –全球示波器市场的领导厂商---泰克公司日前宣布,推出用于DSA8300示波器的新相位参考模块82A04B。通过与该电采样模块的结合使用,可使得仪器抖动典型值小于100飞秒,这是目前市场上多通道示波器(采样或实时)中的最低抖动水平。DSA8300在满足IEEE802.3ba和32G光纤通道测试规范的条件下,成为设计、调试和检测重要100G发射器和链路(最多6个通道)的理想仪器之选。 100 (4x25) Gb/s通信系统模块设计人员面临的一个主要测试挑战是采集保真度足够高的高码率信号,以便在实测条件下对被测器件进行精确检测。随着时钟速度继续增加,位周期在25Gb/s时只有40微微秒

  电源噪声是电磁干扰的一种,其传导噪声的频谱大致为10kHz~30MHz,最高可达150MHz。电源噪声,特别是瞬态噪声干扰,其上升速度快、维持的时间短、电压振幅高、随机性强,对微机和数字电路易产生严重干扰。 示波器频域分析在电源调试的应用 在电源噪声的分析过程中,比较经典的方法是使用示波器观察电源噪声波形并测量其幅值,据此判断电源噪声的来源。但是随着数字器件的电压逐步降低、电流逐步升高,电源设计难度增大,需要用更加有效的测试手段来评估电源噪声。本文是使用频域方法分析电源噪声的一个案例,在观察时域波形无法定位故障时,通过FFT(快速傅立叶变换)办法来进行时频转换,将时域电源噪声波形转换到频域做多元化的分析。电路

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  测试抖动常用在测试数据通信IC或测试电信网络中。抖动是应该呈现的数字信号沿与实际存在沿之间的差。时钟抖动可导致电和光数据流中的偏差位,引起误码。测量时钟抖动和数据信号就可揭示误码源。 测量和分析抖动可借助三种仪器: 误码率(BER)测试仪,抖动分析仪和示波器(数字示波器和取样示波器)。 选用哪种仪器取决于应用,即电或光、数据通信以及位率。因为抖动是误码的根本原因,所以,第一步是要测量的是BER。若网络、网络元件、子系统或IC的BER超过可接受的限制,则必须找到误差源。 大多数工程技术人员希望用仪器组合来跟踪抖动问题,先用BER测试仪、然后用抖动分析仪或示波器来隔离误差源。 BER测试仪 制造商

  开关电源纹波的产生 我们最终的目的是要把输出 纹波 降低到可以忍受的程度,达到这个目的最根本的解决办法就是要尽可能的避免纹波的产生,首先要清楚 开关电源 纹波的种类和产生原因。 开关电源中最简单的拓扑结构-buck降压型电源 随着SWITCH的开关,电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波,一般所说的纹波就是指这个。它与输出电容的容量和ESR有关系。这个纹波的频率与开关电源相同,为几十到几百KHz。 另外,SWITCH一般都会采用双极性晶体管或者MOSFET,不管是哪种,在其导通和截止的时候,都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下

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  电压对LED的伤害 /

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  、超高PSRR线 /

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