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电源完整性(Power Integrity,PI)是衡量电源分配网络PDN(Power Distribution Network,PDN)的源端及终端的电压及电流是否符合需求。从源端稳压模块(Voltage Regulator Module ,VRM)出发经过中间路径(单层直达或过孔转换的几个层面),到达终端,最终流向使用芯片或经过线缆到使用设备。
电源完整性直接决定了产品的性能,如整机可靠性、信噪比与误码率,以及EMI/EMC等重要指标,正确测试和分析电源完整性也变得至关重要。
影响电源完整性的原因
随着芯片的开关速度越来越快(上升时间越来越小),芯片内的开关管不可能同步完成转换,当一部分的晶体管已经完成稳定转换,而另一部分则还在转换之中,状态的不同步就造成电源噪声在芯片内部传递,可能导致某些不定态的晶体管输出状态错误。芯片的开关速度不断提高,导致瞬态电流和功耗都随之增加。
电源分配系统的噪声来源:
- 电源稳压芯片自身的输出存在噪音,DC-DC的输出纹波比LDO大
- 电源的输出无法对负载电流的快速变化实时响应,造成电压跌落
- 电源路径和地回路都存在一定的阻抗,电流经供电回路不可避免的存在压降,瞬态电流的变化就造成负载电压的波动
- 高速信号通过过孔换层引起电源噪音
电源完整性测试的内容
常见的PI测试指标,包括周期性和随机性扰动 (Periodic and Random Disturbances,PARD),即噪声、纹波和瞬变;静态和瞬态负载响应;以及电源漂移。
PARD是直流输出电压与其期望值的偏差,它通常用峰峰值(Vpp)来衡量。
静态或瞬态负载响应测试,是对预定负载的指定输出极限的测量。
供电漂移测试的是供电幅度随时间的变化和漂移,确认是否在容限范围之内。
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