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inlove,阻抗分析仪测量原理

张世龙 05-13 11:36 28次浏览

对高速数字电路和系统来说,信号完整性的仿真、设计和测试是关键之一; 电源完整性的仿真、设计和测试是另一个关键,比信号完整性更复杂、难度更大。 快速准确的电源一致性仿真至今仍是一个需要突破的课题。

电源完整性分析对象主要是电源分配网络配电网络(PDN )。 以笔记本电脑为例,直流电源适配器从交流向电脑主板提供的是约16V的直流电源,主板上的电源分配网络将这16V的直流电源作为各种电压的直流电源(例如-5V、1.5V、1.8V、1.2V ) CPU和集成电路功耗大,会动态消耗电力。 瞬时电流可以大也可以小,但为了维持CPU和IC的正常工作,电压必须稳定(即波动和噪声必须小)。 这都对PDN提出了严格的要求。

要测量PDN的性能,光用示波器测试CPU和集成电路针脚的电源纹波和噪声是不够的,出现问题后也不能确定问题。 为了准确地测量PDN的性能,可以测试PDN的输出阻抗(随频率变化的阻抗)和PDN的传输阻抗(也随频率变化的阻抗),以获得单端口网络或双端口网络这需要网络分析器工具。

在网络分析器中测试PDN有两大挑战。

1、PDN的输出阻抗和传输阻抗为豪欧级,很难准确测试。

2、PDN带直流电压,即带偏置工作,网络分析仪需要有偏置测量功能。

要用网络分析器测量毫安级的输出阻抗,由于阻抗太小,反射太大,所以无法简单地用1端口进行测量。 这种情况下的好方法是使用双端口测试方法,如图1所示。 测试时使用S21代替S11。

图1 .使用双端口方法测试PDN输出阻抗

假设探针电缆电感约为0,z(dut )远远小于zo (vna端口阻抗),PDN输出阻抗计算公式如下:

z(dut )=z11=s21 * 25 (ohm ) ) )。

用网络分析仪测量毫安级的输出阻抗,如图2所示,也是双端口测量方法。

图2 .用双端口方法测试PDN的传输阻抗

假设探测电缆的电感约为0,Z11、Z21、Z22远远小于Zo,PDN传输阻抗的计算公式如下:

Z21=Z12=S21*25(ohm ) ) )

针对这种特殊测量要求,安捷伦矢量网络分析器E5061B推出了特殊选项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-射频网络分析器选项3L5在5 Hz到3 GHz的范围内提供常见的网络测量和分析功能。 所有功能低频网络测量能力(包括内置的1m输入)都完美集成到该高性能射频网络分析器中。 E5061B-3L5是在研发环境中测量器件和电路的理想仪表和工具。

图3. E5061B-3L5网络分析器

2、s参数测试端口

E5061B-3L5在完全可测量的5 Hz到3 GHz频率范围内具有非常高的动态范围,可以测试从直流到高频的各种设备。

图4 .使用s参数测试端口测量宽带S21

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的低频测量范围内将测试信号直接连接到测量接收器。 通过内置的1m输入,可以使用测量探针轻松测量测量电路内的放大器和DC-DC转换器控制环的参数。 接收机端口可以精确测量放大器的CMRR/PSRR和PDN毫安级的输出阻抗,消除了测量过程中引入到接地环路的测量误差。

图5 .直流-直流传输阻抗测量和环路增益测量

4、直流偏压源

E5061B-3L5内置的直流偏置源可以在从端口1或LF OUT端口输出的交流信号上,从仪表内部叠加最大40 Vdc的直流偏置电压。 另外,在仪表的s参数测试端口测量被测器件时,也可以从LF OUT端口输出直流电压。

总结: E5061B-3L5是一款专门为PDN测试而设计的网络分析仪,满足PDN输出阻抗和传输阻抗的测量要求。

参考资料:

1.accuracyimprovementsofpdnimpedancemeasurementsinthelowtomiddlefrequencyrange.design con 2010.2010。

2 .代理e 5061 b网络分析器的技术资料。 安得科技。 2010年。

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