首先我们要了解电源的基本知识
什么是纹波?
开关电源的输出并不是真正恒定的,输出存在着周期性的抖动,这些抖动看上去就和水纹一样,称为纹波。纹波可以是电压波纹或电流纹波。
什么是电源纹波?
电源纹波指标是开关电源模块或者 DC/DC 的一项很重要的参数。电源纹波可以理解为电源模块包括 VRM 的输出电压的波动,和复杂的供电网络无关,或者说是电源输出的源端的电压的波动。
电源噪声则是指电源模块工作在实际产品系统中,经过供电分布网络将电源能量输送到芯片管脚处,在芯片管脚处的电压的波动,或者简单说是电源输出的末端的电压的波动。电源噪声从输出端经过供电网路 (PDN) 传输后到芯片管脚除了电源本身的纹波之外可能增加或者耦合进了其它电路部件的干扰比如时钟的串扰,以及电路本身工作过程中带来的其他噪声,典型的比如DDR 总线工作时的 SSN 噪声 ( Simultaneous Switching Noise ) 或者地弹 ( Ground Bounce ) 等。
通常电源纹波频率由 MOSFET 切换频率决定,在几百 KHz 到 MHz 级别,时钟串扰带来的电源噪声频率则在几十 MHz 到百MHz 左右,而 SSN 噪声则与总线或者信号传输的切换频率有关,最高可能达 GHz 级别,比如 DDR4 总线切换频率可能达 2 GHz 左右。因此可见电源纹波通常在低频段,而电源噪声则要考虑到更高频段。
干净的电源是数字电路稳定工作的前提,为确保电源供应的质量,必须对电源的纹波和噪声进行测量。传统上,工程师通常只是对电源纹波进行测量而忽视电源噪声的测量。而随着近几年电路集成规模和信号频率的日益提高以及对低功耗的追逐,导致信号环境日趋复杂,同时信号幅度和电源供电幅度均大幅下降,相应地对电源纹波和噪声的要求日益提高。
以 DDR4 规范 JESD79-4A 为例,VDDQ_DC 值仅为 1.2V,而 DQVref 相关参数值均有严格的范围:
直流电源的电压纹波测量
电源输出电压携带纹波噪声是不可避免的,而纹波噪声的危害又是很大的,因此电源制造商,都要考虑将纹波降低到百分之几以下,对纹波要求高的设备要考虑把纹波降低到更小。除了电源设计的时候要降低纹波噪声之外,纹波对于评估电源性能也是一个重要的指标,因此在电源测试计量领域,如何测量电源纹波是一直在探索和讨论的课题。
1. 单端示波器的纹波测量方法
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