第一章 电源完整性时域分析之示波器 第二章 电源完整性时域分析之专用测试探头 第三章 电源完整性频域分析之网络分析仪 第四章 电源完整性仿真之仿真软件 第五章 电源完整性激励域测试之码型发生器 第六章 电源完整性测试之直流瞬态电压及纹波噪声模拟 电源完整性的测试和仿真推荐配置。 第二章 电源完整性时域分析之专用测试探头 基于同样的原因，在电源测量中也应该尽量使用 1:1 的探头而不是示波器标配的 10：1 的探头， 使用 10:1 的探头，示波器的最小量程会被放大十倍，示波器的噪声也会被放大。目前 N7020A 2GHz 1:1 单端有源探头，N2820A探头 500KHz~ 3MHz 带宽，衰减比为 1:330，最小可测信号电压为 3uV，电流为500nA，N2870A 1：1 35MHz 无源探头是最常被工程师认可的探头。其中 N7020A 是最适合电源完整性测试的探头，可测量毫伏以及亚毫伏级的信号，N2870A 是最便宜的探头，可测量 10mV 或以上的信号，N2820A 是最精密的探头，即可用作差分探头，也可用作电流探头，电压测量范围为 3 uV~1.2 V，电流测量范围为 500nA~5A，但带宽仅为 500 KHz~3 MHz 。
探头带来的噪声是在衰减器前面耦合进来的，在某些不正确的使用方法下，探头可能会带来额外的噪声，一个典型的例子就是使用长地线。为了方便测试，示波器的的无源探头通常会使用 15cm 左右的鳄鱼夹形式的长地线，这对于电源纹波的测试是不适用的，特别是板上存在开关电源的场合。由于开关电源的切换会在空间产生大量的电磁辐射，而示波器探头的长地线又恰恰相当于一个天线，所以会从空间把大的电磁干扰引入测量电路。一个简单的验证方法就是把地线和探头前端接在一起，靠近被测电路（不直接接触）就可能在示波器上看到比较大的开关噪声。因此测量过程中应该使用尽可能短的地线。
现在很多被测件要求测量出峰峰值为几毫伏的纹波和噪声，比如有些 10Gbps 以上的 SerDes 要求 3mv 峰峰值的电源纹波和噪声。这时候最好用 N7020A 来进行测量，它的直流阻抗为 50K 欧姆，对于毫欧甚至更高阻抗级别的被测电源来说，负载影响很小，测试精度非常高。
最后要注意的一点是，通常电源测试都规定了某个频率范围内的纹波和噪声，比如 20MHz 以内的，但为了分析电源噪声来源，需要在更宽的频率范围内分析，一般示波器的带宽在满足分析要求的同时，还要支持灵活的带宽限制功能，这对于减小高频噪声会有比较好的效果。
小结一下，对于电源纹波噪声的测试，通常需要注意以下几点：
尽量不使用 8bits 示波器，而用S 系列 10 比特示波器
尽量使用专用的电源测试探头 N7020A
尽量使用小衰减比的探头，如 N7020A, N2820A,N2870A；
尽量使用示波器最小量程(硬件实现的量程，不是软件放大),以降低示波器本底噪声；
探头的接地线尽量短，构成的环路面积尽可能小
根据需要使用带宽限制功能,低通滤波器和高通滤波器，甚至带通滤波器。
另外 N7020A 探头还支持选配 N7023A 点测套件，该套件提供了全系列的灵活的连接附件，除了传统的无源探头探头针尖和弹簧地针外还配有双列直插式探针，以及小夹子，可直接夹在最小达 0201 封装的贴片元件上。
要测量 PDN 性能，首先需要用示波器测试 CPU 和 IC 管脚的电源纹波和噪声。但是要精确衡量PDN 的性能，还需要测试PDN 的输出阻抗（随频率变化的阻抗）和PDN 的传输阻抗（也是随频率变化的阻抗），就像表征一个单端口网络或双端口网络一样去表征 PDN。由于现在的 PDN 大都是开关电源结构，还需要测量PDN 或关键 DC 到 DC 转换器件的环路增益。
小结一下，电源完整性的测量对象是电源分配网络 PDN。主要测量内容包括四部分：
纹波和噪声的测量；
输出阻抗的测量；
环路增益的测量；
滤波器件（电容/磁珠等）性能参数的测量。
电源完整性测试挑战和方法：毫欧级电源分配网络 PDN 的输出阻抗和传输阻抗测量
电源完整性分析对象主要是电源分配网络 PDN（Power Distribution Network）。要衡量 PDN 性能，只用示波器测试 CPU 和 IC 管脚的电源纹波和噪声是不够的，而且出现问题后也没有办法定位问题。要精确衡量 PDN 的性能，还需要测试 PDN 的输出阻抗（随频率变化的阻抗）和 PDN 的传输阻抗（也是随频率变化的阻抗），就像表征一个单端口网络或双端口网络一样去表征PDN。这就要用到网络分析仪工具。
用网络分析仪去测试 PDN，有两大挑战：
1、PDN 的输出阻抗和传输阻抗是豪欧级的，想准确测试，是一件比较困难的事情。
2、PDN 工作时是带直流电压的，即带偏置的，需要网络分析仪有偏置测量的功能。
图 3-1. 用双端口方法测试 PDN 输出阻抗
用网络分析仪测试毫欧级的输出阻抗，不能简单的用一端口测试方法，因为阻抗太小，反射太大。这时比较好的方法是用双端口测试方法，如图 3-1 所示。测试时用 S21 代替 S11。
假设探测试电缆电感约为 0，Z(DUT)远小于 Zo（VNA 端口阻抗），PDN 输出阻抗的计算公式如下：
Z(DUT)=Z11=S21*25(ohm) 用网络分析仪测试毫欧级的输出阻抗，也是用双端口测试方法，如图 3-2 所示。
图 3-2. 用双端口方法测试 PDN 的传输阻抗
假设探测试电缆电感约为 0，Z11，Z21，Z22 远小于 Zo，PDN 传输阻抗的计算公式如下：
Z21=Z12=S21*25(ohm) 针对这种的特殊测量要求，是德科技的矢量网络分析仪 E5061B 推出了一个特殊的选件 3L5 帮助测试PDN。
1、功能全面的低频到中频网络分析仪 图 3-3. E5061B-3L5 网络分析仪
E5061B 低频 - 射频网络分析仪的选件 3L5 可以在从 5 Hz 至 3 GHz 的率范围内提供常用的网络测量和分析功能。功能全面的低频网络测量能力 (包括内置的 1 MΩ 输入) 都被完美地集成到这个高性能的射频网络分析仪之中。E5061B-3L5 是研发环境中进行器件和电路测量的理想仪表和工具，选件 005 提供阻抗参数和等效电路分析。
2、S 参数测试端口 图 3-4. 使用 S 参数测试端口 S21
E5061B-3L5 在其完全能够测量的从 5 Hz 到 3 GHz 的频率范围都有非常高的动态范围，这可以使您对各种几乎从直流到射频的器件进行测试。
3、增益相位测试端口是德科技：双端口测量和 S参数 - 灵活应用网络分析仪3、增益相位测试端口 图 3-5. 直流到直流传输阻抗测量和环路增益测量
增益相位测试端口可以在从 5 Hz 到 30 MHz 的低频测量范围内直接把测试信号接入测量接收机。内置的 1 MΩ输入使您能够使用测量探头轻松地对所测电路内的放大器和直流 - 直流转换器的控制环路的参数进行测量。接收机端口可以精确地测量放大器的 CMRR/PSRR 和 PDN 毫欧量级的输出阻抗，并且消除了测量中接地环路引入的测量误差。
4、直流偏置源 E5061B-3L5 内置的直流偏置源可以从仪表内部把最高可达 ±40 Vdc 的直流偏置电压叠加到从端口 1 或 LF OUT 端口上输出的交流信号上。此外，如果在仪表的 S 参数测试端口上对被测器件进行测量时，它还可以从 LF OUT 端口输出直流电压。
小结：E5061B-3L5 是专门针对测试 PDN 而设计的网络分析仪，满足测量 PDN 输出阻抗和传输阻抗的测量要求。
