议程
1. 开关电源的验证 2. 电源完整性分析及仿真
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3. 电源EMI测试
4. 电源热损耗测试
电源完整性测试
电源完整性测试项目
• 电压偏移 • PARD (周期和随机性干扰) — 直流电压的纹 波,噪声,开关瞬变. • 静态和动态负载响应. • 可编程直流电压响应. • 高频瞬变和噪声. • 高低温产品验证.
N7020A有源纹波探头
N7020A高带宽低噪声探头： 高达2GHz带宽 低噪声,衰减比仅为1.1:1
高达+/- 24V的偏置范围 高输入阻抗：50 KΩ @ DC
新产品
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S系列示波器加N7020A探头的底噪声指标
Keysight N7020A: 0.87mV p-p
Tek P6248: 13.3mV p-p
N7020A 2 GHz, 1.1:1
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InfiniiVision 3000T/4000X 系列示波器
示波器体验被重新定义
体验速度
• 1,000,000 幅/秒波形捕获率 • Megazoom IV 智能存储技术 (独特快响 应深存储技术，智能分段存储)
体验触感
• InfiniiScan Zone 图形触发 • 8.5-12.1” 电容式触摸屏 • 简洁操作界面
3104T
3102T
3054T
3052T
3034T
3032T
3ห้องสมุดไป่ตู้22T
3024T
3014T
3012T
1 GHz
4 2 4
500 MHz
2 4
350 MHz
2 16 2.5 GSa/s, 5 GSa/s 半通道 4 Mpts，标配分段存储功能 标配InfiniiScan 图形触摸触发 2
200 MHz
探头负载对被测电路的影响
DC档阻抗
PN7020A—50kΩ @ DC
50Ω电缆连接示波器 (50Ω @ DC)
DCVrms= 3.31V
50Ω @ DC 将电压值下拉~60mV (改 变了DUT的电压)
DCVrms= 3.25V
Power Integrity
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不同带宽测量到的纹波噪声
N2870A 35 MHz, 1:1
电源模块型号 N6751/N6752A/ N6761/N6762A N6753A/N6763A/ N6755A/N6765A N6754A/N6764A/ N6756A/N6766A 最高电压 功率 50W 100 W 300 W 500W 300 W 500W *电压上编程时间 *电压下编程时间
50 V
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输出端分析: 电源效率
测量例子:
•
• • •
用户选择效率测试的类型 (AC-DC, AC-AC, DCAC, DC-DC).
示波器测试输入端的有功功率. 示波器测是输出端的有功功率. 示波器计算出效率(Po/Pi).
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20 V 60 V
1.5ms
1.5ms 2.0ms
1.3ms
1.8ms 2.2ms
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前所未有的高性能电源产品(APS)
APS 更快、更高功率的瞬态仿真
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N7900A APS的电压编程时间
• • • •
更高的输出电压范围 160V 更大的输出功率范围，单台2KW，并联至10KW 更快的编程速度，上升时间< 0.5ms，下降时间< 0.35ms 非常优异的电源输出及测量精度
等级 一级 二级 三级 四级 五级 在施加骚扰期间 能执行其预先设计的所有功能 有一项或多项指标超出规定的偏差 不执行其预先设计的一项或多项功能 不执行其预先设计的一项或多项功能 不执行其预先设计的一项或多项功能 自动恢复到正常工作范围内 能自动恢复到正常操作状态 需要通过简单的“操作或使用”复位动作，才能自动 恢复到正常操作状态 如果不修理或不替换装置或系统，则不能恢复其 正常操作。 在施加骚扰之后
锂电池作为电源，由于内阻的影响，输出电压随电流变化而波动。
-
电源同时给多给负载供电，当某个负载突然断开或接入时，出现瞬间跌落甚至抛负载现象。
-
汽车、飞机等电池与发动机供电切换过程中出现的电压跌落及震荡。
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为什么及哪些产品需要进行瞬态仿真测试？
•在实验室模拟实际现场可能会发生的电压波动，对产品进行“抗干扰”性能评估，确保产品能够在实际环境中正常工作及性能。
16 mV
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不同探头的偏置范围
N7020A: 直流偏置范围:+/-24V
40 mV
N7020A 2 GHz 1:1 有源探头底噪: 3 mV p-p 最高 +/- 24 V 偏置电压 N2796A 2 GHz 10:1 有源探头底噪: 23 mV p-p 最高 +/- 5V 偏置电压
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使用U1880A时滞校准夹具自动调整电流探头及电压探头的时间 延时 报告生成
SOA安全工作区测量，SOA 模板编辑
Rds测量
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输入端测量:电流谐波
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对电流波形做FFT分析. 按照IEC61000-3-2 (Class A, B, C, or D)标准比对FFT 波形的奇次/ 偶次谐波幅度. 测量最多40th谐波 提供每个谐波Pass/Fail 自动提示 显示方式可以在图表显示/条型显示方式切换
l
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更精确的纹波/噪声测试需求
• 现代芯片采用更低工作电压，要求更低的电源纹波和噪声 • 更高的开关切换频率需要更高的测量带宽 • 需要同时观察由于负载变化造成电压漂移、跌落
PARD
DC输出
希望看到的
不仅仅是这样
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电源纹波对于高速信号质量的影响
Reference： © Copyright 2013 Xilinx The Do’s and Don’ts of High Speed Serial Design in FPGAs High Speed Digital Design & Validation Seminars 2013
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• • •
增强的缩放、局部放大、清晰的光标设置和光标运算（如mAh,mWh等
能量累集）等功耗统计分析； 内置标准波形——正弦波，三角波，方波，扫频，噪声，阶梯等 波形捕捉和回放，数据导入、导出，直接将复杂波形转换为任意波形发 生器输出等； 提供CCDF统计分析，用于电流分布情况分析；
•RTCA DO-160F,机载设备环境条件和试验程序
……各种按照产品供电特性自定义的电压瞬态要求，如下图为某IC设计工作自定义波形
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N6705直流电源分析仪平台上的瞬态仿真
• N6705 家族提供四个系列的电源模块: 高性能/精密电源模块，最高电压60V，最大功率500W
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开关电源原理图
L
VO
N
E
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开关电源测试与测量方案
测量参数
输入端分析
电源质量: 有功功率, 无功功率, 视在功率, 相位角, 功率因素, 波 峰因子 电流谐波失真: 最多40次谐波测试 (支持IEC61000-3-2 和 A,B,C,D。包含总谐波失真THD), 浪涌电流
•对电子电器设备工作稳定性要求较高的行业及应用，如汽车，高铁，飞机，医疗，军用设备，通信网络，数据服务中心等 的关键电源及电子电器设备。
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什么是瞬态电压仿真？
交流供电设备必须面对交流电网的瞬态变化干扰
纯净稳定的正弦波
市电停电
“切换瞬变”尖峰
“振铃式”瞬态干扰
高水平的测试确保高品质的电源
Zhou Qun Yi
这些设备有什么共同点?
这些设备都需要电源！
Power Measurements & Analysis
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供电网络
发电厂 智能电网 三相电
逆变器
市电网络
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供电网络
市电网络
开关电源 PCB板
PDN 电源分配网络
电源适配器
电池
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3000T/4000X示波器
开关器件分析
开关损耗(功率和能量) 导通损耗(功率和能量) 信号变化速率(dV/dt 和 di/dt) 调制分析: 占空比, 频率, 脉冲宽度(对比时间)
输出端分析
输出纹波 PSRR 瞬变响应 开启/关断时间 效率
电压探头(300MHz)
电流探头100MHz)
时滞校准
U1881A PC机用功 率分析软件包(含在 PWR选件中)
受共模噪声影响;小衰减比的探头带宽有限; 纹波测量和电压测量不能同时进行。
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传统电源纹波测量方法2：自制电缆
优点:低成本,低衰减比。
缺点:一致性不好;隔直电容参数及
带宽不好控制;纹波测量和电压测量 不能同时进行。
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议程
1. 开关电源的验证 2. 电源完整性分析及仿真
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3. 电源EMI测试
4. 电源热损耗测试
开关电源趋势
设计优化