パワーインテグリティーテスト

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電子設計のパワーインテグリティー

電子設計のパワーインテグリティーを確保するための正確な測定

今日の高度に統合された電子機器では、低い電圧レベルと、電力の変動に対する許容範囲が非常に小さいコンポーネントが使用されています。そのため、電源供給回路の性能解析をPCB上で行うことが、回路設計プロセスの重要な一部になります。これまでは、パワーレベルのリップル、ノイズ、過渡現象をタイムドメインで測定することが適切な手法でしたが、電力スパイクを引き起こす信号との意図しない結合を検出するためには、周波数ドメイン出の測定も不可欠です。追加の要素も考慮する必要があります。それは、電源投入時のサージや負荷変動などの過渡期にて最大数百MHzの高周波応答が生じる可能性のあることです。これが生じるとパワーレールが伝送ラインとして動作するようになり、シグナルインテグリティーに影響します。

正確なタイムドメイン測定値を取得して、1～3 Vのパワーレール上の非常に小さなmVレベル信号のリップル、ノイズ、過渡現象を正確に検出するのは困難です。適切なオシロスコープとプローブを組み合わせて、想定されるピークツーピークノイズよりもはるかに低いノイズフロアを実現しなければ、正確なリップル測定はできません。高速な更新速度、高いADC分解能、広い帯域幅が、高速な擾乱や過渡現象を捕捉するためには不可欠です。パワーレールに対する不要な信号結合と、これにより生じる周波数ドメインの高調波を調査するには、オシロスコープに、周波数帯域幅の広い強力なFFTが必要です。電源のスイッチング速度がkHzレンジでも、エッジが急峻であればMHzレンジまで十分に達する高調波が発生します。プローブの性能は重要です。これは、測定器の重要な一部だからです。

さらに、電源供給回路では、mΩレンジという低いインピーダンスを実現する必要があります。これは理想的には周波数により変化しません。過渡期のインピーダンスを調査するために最適な測定器は、低インピーダンス測定に必要なダイナミックレンジと、最大数百MHzまでの高調波を含める周波数レンジを備えたネットワーク・アナライザに適切なプローブを組み合わせたものです。

パワーインテグリティー測定のための5つのヒント

パワーインテグリティー解析の課題

電源供給回路の性能の全体像を把握するには、パワーレベルの過渡的な変化を検出するだけでなく、パワーリップルとノイズレベルを測定して、パワーレールでの信号結合も調査する必要があります。

オシロスコープから発生する広帯域ノイズに関わらず、正確なパワー測定を実行します。ワーストケースの性能を確実に検出します。負荷変動時のような過渡期での電源供給回路のインピーダンスを特性評価します。

ローデ・シュワルツのパワーインテグリティー・テストソリューション

ローデ・シュワルツのオシロスコープは、高い性能を実現しています。これは、正確なパワーインテグリティー測定に必須です。低ノイズフロントエンドは、1 mV程度の小さな振幅の信号を検出して、ピークツーピークのリップル電圧を正確に測定します。ワーストケースを解析するために、各チャネル3 Gサンプルの大容量メモリを用いて高いサンプリングレートで最大450万回／秒の収集速度を実現しており、最大16 GHzの帯域幅により高速な擾乱や過渡現象でも捕捉可能です。さらに、強力なスペクトラム解析により信号結合も検出できます。独自のデジタルトリガは、信号帯域幅全体に対してトリガできます。

パワー測定用に最適化されたプローブは、テストセットアップの重要な一部です。R&S®RT-ZPR20 パワーレール・プローブは減衰率が1:1で、オシロスコープのノイズに加わるノイズはわずか10 %です。AC特性と真のDC値の両方を測定できるように、±60 Vという大きな内蔵オフセットを用いて、オシロスコープの垂直感度を最大化します。2 GHzという広い帯域幅により、高周波の過渡現象と結合信号を捕捉できます。さまざまなプロービング・オプションと50 kΩのDC入力インピーダンスにより、測定対象のレール信号への影響を最小化できます。内蔵された16ビットのR&S®ProbeMeterにより、各パワーレールのDC値を、最大0.05 %のDC確度で同時にデジタル表示できます。

電源供給回路のインピーダンス測定に対応するために、R&S®ZNLベクトル・ネットワーク・アナライザは、クラスで最高のポート特性と確度を実現しています。パッシブコンポーネントのSパラメータをすべて測定できる2ポートのネットワーク・アナライザに加えて、R&S®ZNLはパワーセンサとスペクトラム・アナライザの両方をサポートしています。オプションのバッテリーを使用すれば、R&S®ZNLはラボでも屋外でも幅広い測定に適応できます。

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ローデ・シュワルツのパワーインテグリティー・ソリューションの利点

電源供給回路からの出力の変動をすべて検出しているという確信が持てます。パワーインテグリティー測定には、長いタイムスパンが必要です。当社のオシロスコープは、長期にわたって広い帯域幅ですべての波形を収集できるように、市場をリードするサンプリングレートとメモリ容量を備えています。
ADCを最大限にフル活用するために、オシロスコープでは、プローブの最大±60 Vオフセットを使用します。これにより、目的の波形を画面の中央に表示して最小限のノイズで拡大でき、AC特性と真のDCを測定して、パワーレベルの変動を完全に把握することができます。
不要な信号の検出：オシロスコープの高度な広帯域スペクトラム解析とタイムドメインデータを並行して使用し、パワーレールに対するすべての不要な信号結合（と、これにより生じる高調波）を検出します。
インピーダンスの変化を検出：インピーダンスが変化すると、電源投入時のサージなどの過渡期に電源供給回路から不要な高周波伝送が発生して、デバイスの信号処理性能が低下します。このようなインピーダンスの変化を検出します。

PDNの検証やパワーインテグリティーテストに関する疑問やご質問などがございましたら、お気軽にお問い合わせください。

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