历史上的今天
今天是：2024年11月15日（星期五）
2019年11月15日 | 毫欧级电源分配网络PDN的输出阻抗和传输阻抗测量
2019-11-15 来源：eefocus
对于高速数字电路和系统，信号完整性仿真、设计和测试是关键点之一；电源完整性仿真、设计和测试是另一个关键点，而且相比信号完整性来说，更复杂，难度更大。快速而准确的仿真电源完整性至今仍然是一个待突破的课题。
电源完整性分析对象主要是电源分配网络PDN（Power Distribution Network）。以笔记本电脑为例，AC到DC电源适配器供给计算机主板的是一个约16V的直流电源，主板上的电源分配网络要把这个16V直流电源变成各种电压的直流电源（如：+-5V, +1.5V, +1.8V,+1.2V等等），给CPU供电，给各个芯片供电。CPU和IC用电量很大，而且是动态耗电的，瞬时电流可能很大，也可能很小，但是电压必须平稳（即纹波和噪声必须较小），以保持CPU和IC的正常工作。这都对PDN提出了苛刻的要求。
要衡量PDN性能，只用示波器测试CPU和IC管脚的电源纹波和噪声是不够的，而且出现问题后也没有办法定位问题。要精确衡量PDN的性能，还需要测试PDN的输出阻抗（随频率变化的阻抗）和PDN的传输阻抗（也是随频率变化的阻抗），就像表征一个单端口网络或双端口网络一样去表征PDN。这就要用到网络分析仪工具。
用网络分析仪去测试PDN，有两大挑战：
1、PDN的输出阻抗和传输阻抗是豪欧级的，想准确测试，是一件比较困难的事情。
2、PDN工作时是带直流电压的，即带偏置的，需要网络分析仪有偏置测量的功能。
用网络分析仪测试毫欧级的输出阻抗，不能简单的用一端口测试方法，因为阻抗太小，反射太大。这时比较好的方法是用双端口测试方法，如图1所示。测试时用S21代替S11。
图1. 用双端口方法测试PDN输出阻抗
假设探测试电缆电感约为0，Z(DUT)远小于Zo（VNA端口阻抗），PDN输出阻抗的计算公式如下：
Z(DUT)=Z11=S21*25(ohm)
用网络分析仪测试毫欧级的输出阻抗，也是用双端口测试方法，如图2所示。
图2. 用双端口方法测试PDN的传输阻抗
假设探测试电缆电感约为0，Z11，Z21，Z22远小于Zo，PDN传输阻抗的计算公式如下：
Z21=Z12=S21*25(ohm)
针对这种的特殊测量要求，安捷伦的矢量网络分析仪E5061B推出了一个特殊的选件3L5帮助测试PDN。
1、功能全面的低频到中频网络分析仪
E5061B 低频 - 射频网络分析仪的选件 3L5 可以在从5 Hz 至 3 GHz 的率范围内提供常用的网络测量和分析功能。功能全面的低频网络测量能力 (包括内置的 1 MΩ 输入) 都被完美地集成到这个高性能的射频网络分析仪之中。E5061B-3L5 是研发环境中进行器件和电路测量的理想仪表和工具。
图3. E5061B-3L5网络分析仪
2、S 参数测试端口
E5061B-3L5 在其完全能够测量的从 5 Hz 到 3 GHz 的频率范围都有非常高的动态范围，这可以使您对各种几乎从直流到射频的器件进行测试。
图4. 使用S参数测试端口进宽带宽S21测量
3、增益相位测试端口
增益相位测试端口可以在从 5 Hz 到 30 MHz 的低频测量范围内直接把测试信号接入测量接收机。内置的 1 MΩ输入使您能够使用测量探头轻松地对所测电路内的放大器和直流 - 直流转换器的控制环路的参数进行测量。接收机端口可以精确地测量放大器的 CMRR/PSRR 和 PDN 毫欧量级的输出阻抗，并且消除了测量中接地环路引入的测量误差。
图5. 直流到直流传输阻抗测量和环路增益测量
4、直流偏置源
E5061B-3L5 内置的直流偏置源可以从仪表内部把最高可达 ±40 Vdc 的直流偏置电压叠加到从端口 1 或LF OUT端口上输出的交流信号上。此外，如果在仪表的 S 参数测试端口上对被测器件进行测量时，它还可以从LF OUT端口输出直流电压。
小结：E5061B-3L5是专门针对测试PDN而设计的网络分析仪，满足测量PDN输出阻抗和传输阻抗的测量要求。
参考资料：
1. Accuracy Improvements of PDN Impedance Measurements in the Low to Middle Frequency Range. DesignCon 2010. 2010.
2. Agilent E5061B 网络分析仪 技术资料。安捷伦科技。2010年。
下一篇:逻辑分析仪在国防测量上的典型应用
史海拾趣
|
想学习一下AD，打算仿真做一个数字电压表，测量0～5V输出0～255，通过数码管显示，AD用的0809，模拟输入采用一个1K滑动变阻器连接到IN0（不知道这种做法是否可行？）现在的问题是，改变滑动变阻器的值，数码管的值有变化，但是并不是有规律地增大或 ...… 查看全部问答＞ |
|
大家好！ 小弟现在遇到一个奇怪的问题。 硬件测试环境：板子是STM8S208，板子上有两个LIN接口，一个做主机，一个做从机，用一条串口线将两个口连接起来通信。 ...… 查看全部问答＞ |
|
如何使用 CCS 建一个 M3 的工程，一直在用 MDK，最近不得不熟悉 CCS ，不知道 CCS 要怎么建工程呢？ 找到一个 PDF ，按照里边的步骤还是能编译，而且很慢，这样的工具怎么用呢？ [ 本帖最后由 Study_Stellaris 于 2011-12-5 16:00 编辑 ]… 查看全部问答＞ |
|
BeagleBone试用第一周 底板PCB--今天终于决定把板子拿去制了。到底如何不管他。 今天终于决定把板子拿去制了。到底如何不管他。 时间要紧。有错就改嘛。反正还是好同志。 希望大家支持，阿莫那里要求插孔都加大0.15MM 所以我的孔画的比较大。 有关硬件的资料： [ 本帖最后由 damiaa 于 2012-9-28 16:27 编辑 ...… 查看全部问答＞ |