シンプルなプローブベースのソリューションを使用すると、クロックジッタソースの場所など、PDNのオンライン感度をすばやく特定できます。
配電ネットワーク（PDN）ノイズは、低電力アプリケーションで最も一般的な問題のXNUMXつです。 ADC、クロック、LNA、デジタルデータネットワーク、または敏感なRFアプリケーションに電力を供給している場合でも、電源を正しく調整することが重要です。 これらの敏感な回路は、数ミリボルト以下の電源ノイズによって妨害される可能性があります。 この極端な感度と、電源、配電ネットワーク、および負荷間の相互作用のために、電源のトラブルシューティングが必要になることがよくあります。
ソースインピーダンスと負荷インピーダンスの間の相互作用のため、トラブルシューティングはで実行する必要があります 回路、および物理的なアクセスは通常非常に制限されています。 結果として、これは時間のかかるプロセスになる可能性があります。
完全に機能しているように見える回路でも、通常、電源の感度が評価されます。 これは、操作および環境耐性が原因で発生する可能性のある潜在的な問題を特定するための最良の方法です。
このサンプルアプリケーションでは、電源のノイズ源の調査をサポートするために、スペクトルおよびネットワークアナライザと組み合わせて使用されるいくつかの簡単なテストツールを示します。
図1は、Picotest VRTS3トレーニングデモボードを示しています。これには、複数のタイプの測定をサポートするためのさまざまな回路例が含まれています。
図1：LDOとクロックレイアウトを示すPicotestVRTS3トレーニングデモボード。
これらの回路例の 125 つは、低ドロップアウト (LDO) によって駆動される 401 MHz クロック (OSCXNUMX) です。 レギュレーター (U301)。 301 ポジション DIP スイッチ (SXNUMX) を使用して、XNUMX つの異なる出力を接続または切断できます。 コンデンサ LDOを使用して、電源の安定性を変更します。
図 2 の概略回路図は、スライド スイッチ (SEL1086) を介して 125 MHz クロック発振器 OSC401 に電力を供給する LDO リニア レギュレータ (LT1) を示しています。 0.01 uF デカップリングは注目に値します。 コンデンサ C402（右側）。
図2：LDOとクロック回路
広帯域高調波コームジェネレーターと1ポートパッシブ伝送ラインプローブを使用すると、電源のノイズ感度の識別をすばやく簡単に実現できます。
J2150A高調波コームは、50Ωの出力インピーダンスを備えた広帯域ノイズ源を提供します。 ウルトラポータブルUSB「スティック」形状に含まれています。 高調波コームは、1つの周波数範囲で1kHzから1GHzを超える周波数範囲のノイズを提供します。 範囲は100kHz、8kHz、XNUMXMHzを中心にしています。 高調波は、出力パルスの時間と周波数のジッタによって生成されます。 コームはこれらの範囲に自動的にまたがることができます。または、単一の周波数範囲にロックすることもできます。 ほとんどの機器には未使用のUSBポートがいくつかありますが、携帯電話のバックアップバッテリーからコームに電力を供給して、ポータブルソリューションを提供することもできます。
ブロードバンド DC モジュール 通常、コムインジェクターとプローブの間に含まれ、50ΩのDCインピーダンスをテスト対象の回路から分離します。クロック スペクトルは、オプションのスペクトラム アナライザ、信号ソース アナライザ、またはスペクトラム アナライザを備えたオシロスコープで表示できます。の安定性と分布インピーダンス 電圧 レギュレータは、クロックスペクトルの側波帯またはジッタとして簡単に見ることができます。
図3：このオシロスコープのスペクトログラムは、約6MHzでのクロックスプリアスを強調しています。 これらのブランチは、シンプルで高速なトラブルシューティング手法を示すために使用されます。
Picotest送電線プローブはユニークです。 配電ネットワークを検出するためのさまざまな快適なブラウザプローブを介して、さまざまな機器にユニティゲインと双方向50Ω接続を提供できます。 この例に示すように、これにより、プローブを使用して信号を注入したり、同じプローブを使用してノイズを測定したりできます。 プローブ接続は、ほとんどの機器に接続できるユニバーサル50ΩSMAコネクタです。
この例では、高調波コーム構造は、図1に示すように、402ポートプローブを使用してブロードバンド信号をクロックのデカップリングキャップ（C4）に注入します。SMAコネクタJ3でクロックの周波数スペクトルを監視します。
図4：シンプルだが効果的なツールはPDNクエリとクロックジッタ評価をサポートします。 これには、J2150Aハーモニックコームブロードバンド信号発生器（左）、1ポート（中央）および2ポート双方向50ΩパッシブプローブとDCアイソレーター（左）が含まれています。
ノイズ注入ポイントをリニアレギュレータ（プリント回路基板のトレースと同じですが、クロックの下流にあります）に移動すると、図45の-7dBcで、クロックの側波帯ノイズがはるかに小さいことがわかりました。 この情報は、共振器がレギュレーターとクロックの間にあることを示しています。 共振には、プリント回路基板トレースのインダクタンスとデカップリングコンデンサC402が含まれます。
図5：J2150A高調波コーム（図3の挿入図）は、P1A DCブロッカーを介して2130ポートプローブに接続され、C402（125MHzクロック発振器のVDD）に信号を注入するために使用されます。 SMAコネクタJ3のクロックスペクトルを監視します。
共振をクロックに配置すると、デカップリングコンデンサの値（10 nF）と7.5 MHzの共振周波数（7.5 MHz）を使用して、PCB接続の特性インピーダンスを計算できます。 特性インピーダンスは1 /（2 * PI * 7.5 MHz * 10 nF）として計算でき、この場合は2.1Ωです。 SEL1スイッチを中央（OFF）の位置にすると、2.4Ωが挿入されます 抵抗 （R305）リニアレギュレータとクロックの間で共振を抑制します。 図8に示すように、7MHzのクロックスペクトル側波帯が除去されています。これは、リニアレギュレータとクロック間の直列抵抗を増やすことで共振を効果的に抑制できることを示しています。
図6：コームサーチパターン信号セットを使用したPDNクエリは、クロックの基本周波数周辺のスペクトル側波帯に見られるように、約7.5MHzの共振を示しています。 ピーク値は約-30dBcであることに注意してください。
ベクトルネットワークアナライザ（VNA）を使用してクロックのデカップリングコンデンサのインピーダンスを測定することにより、共振とダンピングの影響を簡単に確認できます。 図9に、305つの異なるリニアレギュレータ出力コンデンサとRXNUMXの挿入の測定結果を示します。
図7：PDN内のさまざまな場所にノイズを注入することにより、ノイズ源をすばやく特定できます。 側波帯は図15よりも約6dB低いことに注意してください。これは、共振がレギュレータではなくクロックで発生していることを示しています。
サイドバンドはそれほど深刻ではないように見えますが、パフォーマンスに大きな影響を与える可能性があり、他の側面よりもはるかに深刻です。 まず、図3の側波帯は6 MHzで表示され、PCB共振は7.5MHzであると判断したことに注意してください。 次に、図9の測定結果は、6MHzではインピーダンスが5MHzピーク時のインピーダンスよりも約7.5dB低く、9MHzではインピーダンスが15MHzピーク時のインピーダンスよりも約7.5dB低いことを示しています。 。
図8：レギュレータとクロックの間に直列抵抗を挿入することで7MHzのクロック側波帯が除去され、PCBの共振が抑制されます。
では、何が共鳴に影響を与えたのでしょうか？ VRTS2.8デモボードには、3 MHzのスイッチポイントオブロード（POL）レギュレータも用意されています。 3次および6次高調波は、クロックノイズを生成するために共振ピークに十分に近いです。 この目的のためにVRTSXNUMXトレーニングボードにイネーブルスイッチが含まれているため、ノイズジェネレータとしてPOLスイッチング周波数を決定できます。 スイッチングレギュレータをオフにすると、XNUMXMHzのクロック側波帯が消えます。 これはまた、回路が正常に機能しているように見えても、回路について質問している理由を明確に説明しています。
図9：301つの異なるリニアレギュレータ出力コンデンサ（スイッチS7.5で選択）では、2.4 MHzの共振（赤、青のトレース）がはっきりと見られます。 7.5Ωの抵抗を挿入すると共振を抑制し（緑色のトレース）、15MHzでのインピーダンスを約XNUMXdB低減します。
スイッチングレギュレータの動作周波数には750kHzの許容誤差があり、デカップリングコンデンサにも許容誤差があります。 これらの許容誤差により、スイッチングレギュレータの第XNUMX高調波がインピーダンスのピークに現れる周波数に簡単に移動するため、クロックノイズが大幅に増加します。 公称テストでこの周波数アラインメントを確認する可能性は低いですが、このPDN照会を通じて、その周波数アラインメントについて学習する可能性が高くなります。
全体として、PDN感度をすばやく決定したため、クロックジッタが増加しました。 ノイズを特定し、ノイズ源と特性インピーダンスを特定し、クロックの電源レールインピーダンスを平坦化することで問題を簡単に修正しました。 ポータブル性の高いハーモニックコームジェネレーター（Picotest J2150A）、ハンドヘルド1ポートプローブ（Picotest P2100A）、およびオシロスコープ（Keysight Infiniium S）を使用すると、すべての操作をわずか数分で完了できます。
Picotestは、クロックジッタなどの電力整合性の問題を最適化、テスト、およびトラブルシューティングするためのさまざまなバンドルソリューションを提供し、さまざまな機器と測定ドメインをサポートします。 最近発売されたJ2150Aハーモニックコームジェネレーターは、P2100A1ポートプローブと組み合わせて使用されます。 それは強力ですが、それは解決策にすぎません。