泰克MSO6B系列示波器低電壓下電源紋波與噪聲的測試挑戰

電源作為算力芯片的能量來源和邏輯狀態參考基準，其紋波與噪聲的控制至關重要。若紋波和噪聲過大，會給高速變化的邏輯信號帶來大量抖動，進而產生誤碼 —— 即把邏輯 1 誤判為 0，或把邏輯 0 誤判為 1，輕則影響芯片性能，重則導致芯片無法正常工作。在高速信號驗證中，關鍵的隨機抖動和低頻周期性抖動，很多都由電源的噪聲和紋波引入。

電源的紋波和噪聲測量，一直是電源工程師關注的焦點。隨著算力芯片工作電壓不斷降低，電源留給紋波和噪聲的裕度大幅縮小，給設計與測試都帶來了難題。

設計層面，算力芯片普遍采用 POL 降壓方式，將 DC-DC 變壓器盡可能靠近負載端，以此有效避免傳輸鏈路上引入的外部干擾。

測試層面，則需要使用更高精度、更低底噪的示波器和專用電源紋波探頭，通過降低測量系統自身引入的噪聲，來實現對電源紋波和噪聲的準確測量。

泰克的 MSO6B 系列示波器在底噪性能上表現優異，其底噪有效值在 20MHz 帶寬下低至 8.68uV，1GHz 帶寬下低至 51.5uV，是準確測量電源紋波和噪聲的優選之一。

或許有人會問，若電源電壓為 1V，示波器底噪稍高一些，裕量是否還有很大空間，是否可行？這需要從兩個方面來理解：

其一，儀器的底噪指標通常采用有效值，而電源紋波和噪聲的測量規范一般使用峰峰值。峰峰值與測量樣本數相關，測量樣本數越多，峰峰值越大，我們可近似認為峰峰值是有效值的 10 倍以上。

其二，電源工程師測量底噪和紋波時都會用到探頭，而探頭會引入額外的底噪。

為什么一定要用探頭呢？原因有幾點：一是探頭使用便捷；二是探頭能提供較高的輸入阻抗，對待測電路的影響小；三是探頭可提供較大的偏置電壓，能在測量噪聲和紋波的同時，觀察到電源直流電壓的變化，尤其當芯片負載處于動態變化時，電源直流電壓也會隨之改變。

當示波器接上探頭后，再去測量底噪的峰峰值，就會發現實際底噪并不小。有示波器和探頭的工程師可以嘗試一下：將示波器接上探頭，不接任何待測信號，在示波器上打開峰峰值測量，得到的結果就是系統底噪。

常規的示波器與探頭組合，系統底噪峰峰值在 5mV 以上。但有些算力芯片和通信芯片，要求電源噪聲的峰峰值必須小于 3mV，如此一來，測量系統自身的底噪就已經超出要求，測量結果自然難以達標。

為了更準確地測量電源紋波和噪聲，泰克推出了專用的電源軌探頭 TPR 系列。該系列探頭在 20MHz 帶寬下，底噪峰峰值低至 300uV，即便在 4GHz 全帶寬下，底噪峰峰值也僅為 1.3mV。而且 TPR 探頭支持高達 60V 的偏置電壓，還有多種探頭附件，不僅測量精準，使用起來也十分方便。