电源芯片PSRR测量方法与步骤

电子发烧友网 2024年04月25日 14:22

      PSRR概述

      在电子设备中, 电源的稳定性很重要,电源对纹波噪声的抑制能力也同样重要。用来描述对电源纹波噪声的抑制能力,通常用电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio)来表征,它是衡量电源供应的稳定性和对干扰的抑制能力的重要参数。是经常在电子放大器(特别是运算放大器 )或稳压器等规格书出现的参数。

      电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio)简称PSRR,它以电源输入纹波和输出纹波的对数比来计算,单位为分贝(dB),其计算公式为:

      其中Vripple(in)是输入端的纹波,Vripple(out)是输出端的纹波。

      *绝大多数情况使用Vripple(in)/Vripple(out)来计算,此时PSRR为正值;如果使用Vripple(out)/Vripple(in)来计算,此时PSRR为负值。

      PSRR测试应用

      PSRR在电源管理芯片PMIC)中应用广泛,覆盖包括电源稳压器、放大器等器件或电路的性能评估。尤其在当今典型的系统为处理器(如GPUs, SoCs, FPGAs)、高速串行接口(如SerDes,PCIe,USB)、高速并行数据(如DDR、LPDDR、GDDR)以及多路电源同时工作的需要稳定电源供应且对电源干扰抑制力较高的低压供电场景中,电源轨上的纹波噪声来自于电源的开关噪声和谐波、数字信号串扰、时钟耦合等诸多因素,系统对信号很敏感,如果电源对纹波噪声的抑制能力不够,会直接导致信号抖动、产生误码、影响系统稳定性并导致系统效率降低。

      如下图为一款用于人工智能AI)的存储器LPDDR,其工作电压已低至0.5V,预留给电源的纹波噪声裕量越来越小。

      图一、LPDDR 工作电压,图片来自网络

      鉴于其低电压的电源需求及高吞吐量的特性,要保障其持续运行在高算力的AI应用场景下,高稳定且对纹波噪声高抑制能力的电源供应是必要的保障,如果电源纹波噪声抑制能力不够,系统会存在如下风险:

      ●  a)纹波噪声抑制力差直接影响电源的优化,降低系统的能效;

      ●  b) 电源微小的纹波噪声可能导致芯片数据失真或芯片算法错误,影响芯片算法的可靠性和准确性;

      ●  c)在处理射频信号以实现通信或感知功能的应用中,影响通信质量并可能导致感知错误等问题

      因此,对该场景下的电源纹波噪声抑制能力就变得愈发重要。

      使用泰克示波器PSRR应用软件对DUT电源输入端与输出端纹波做测试分析即可快速绘制PSRR曲线。

      推荐使用泰克Mainstream系列低本底噪声及高分辨率的示波器系统做准确测试,连接如下图示:

      图二、PSRR测试连接示意图

      ● 通过示波器的AFG注入特定扫频信号至线性注入器后引入到DUT;

      ● 通过示波器系统分别测试DUT电源输入端输出端纹波;

      ● 通过示波器PSRR功能实现PSRR值的计算、数据记录及曲线绘制。

设备 推荐系列或型号 说明
示波器 MSO6B/5B/4B系列 with opt.AFG and PWR
探头(两根) TPP0502或TPR1000  
线性注入器 J2120A Picotest
辅助测试线缆(若干) 用于连接示波器与线性注入器、DUT等

      图三、PSRR测试推荐配置

      图四、PSRR动态测试范围验证(注入幅度100mv,频率100Hz-1MHz,被测物:150dB衰减器)

      图五 PSRR动态测试范围验证(注入幅度100mv,频率1MHz-50MHz,被测物:150dB衰减器)

      图六、PSRR实测效果图

      审核编辑:黄飞

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