射频网络分析仪测量直流－直流转换器和PDN-keysight.pdf

是德科技 使用 E5061B 低频－射频网络分析仪 测量直流－直流转换器和 PDN 应用指南 序言 开关式直流－直流 (DC-DC) 转换器/ 电压调节器在各个行业的电子设备中使用得非常广泛。近年来，计算机设 备推动了 DC-DC 转换器技术向前发展。现在，DC-DC转换器在保证电路板供电电路 (PDN) 中的电源完整性方 面发挥着重要作用 (无论负载如何变化，都可以提供稳定的 Vdd 电压) 。PDN 通常包括裸露印刷电路 (PC) 板电 源布线层、DC-DC转换器和无源 PDN 器件 (例如在电源布线层上的旁路电容) 。计算机设备 PDN 的一个最重要 发展趋势就是，其负载器件 (例如 MPU 、FPGA、ASIC) 的工作速度越来越快，而工作电压越来越低。此外，这 些大规模集成电路 (LSI) 需要使用不同的电压电平 (3.3 V 、2.5V、1.5 V、1.2 V 等) 。为了适应这种趋势，业界开 始非常普遍地在电子设备中采用分布式供电的设计，其中低电压 DC-DC 变换器总是放置在与负载器件非常接 近的位置—即所谓负载点 (point-of-load) 的附近，以提高高性能计算机系统供电的完整性，这种情况在服务 器和网络基础设施设备系统中更是如此。为使 DC-DC 转换器能对高速大规模集成电路的负载变化快速做出响 应，在对 PDN 进行设计时，充分考虑其性能的优化比以往任何时候都显得很重要，因为在实际应用中往往需 要在反馈环路的响应速度和工作的稳定性之间取得很好的平衡。为了最大程度地降低由于较大的负载电流变 化造成的供电电压的瞬时波动，确保供电电压稳定在非常小的波动范围内，验证 DC-DC 转换器的输出阻抗是 否被限制在毫欧量级的极低范围内是非常重要的。另外，PDN设计者还需要在超出 DC-DC 变换器环路带宽的 频率范围—这是无源 PDN 器件抑制电源和接地布线层之间的阻抗的频率范围。实际上对无源 PDN 器件，精 确地了解每个无源 PDN 器件的特征性能有助于在使用仿真工具设计PDN 时提高设计质量。另外，在把无源器 件都安装到 PDN 上之后再测量出 PCB 板的整个 PDN 阻抗，我们就可以验证产品的最终阻抗是不是理想地达到 了在仿真中所期望的值。通常情况下，需要进行测量的频率可以高达几百兆赫的范围，这是抑制已经在电路 板上装有无源器件的 PDN 的阻抗的上限频率。 本应用指南介绍了如何使用配备了选件 005 阻抗分析功能的 E5061B-3L5 低频-射频网络分析仪 (5 Hz 至 3 GHz) 来测量 DC-DC 转换器和相关的无源 PDN 元器件的频域特征。本文的第一部分介绍了如何测量 DC-DC 转换器 的反馈环路特征。第二部分介绍了 DC-DC 转换器和无源 PDN 元器件的阻抗测量。 DC-DC DC-DC 负载器件 转换器 转换器 电源布线层的 (MPU、FPGA、 (砖式转换器) (POL/VRM) 旁路电容 电感和电容 ASICs 等) Vdd C i … … ESR 芯片上的 ESL 电感和电容