PDN的工作是保持恒壓及為每個有源器件提供足夠的電流。它影響著每個要素的性能，不管是有源還是無源。PDN包括整個系統(tǒng)，而不只是VRM (穩(wěn)壓器模塊)和內(nèi)部芯片配電，而是包括每個互連、軌跡、通路、連接器、電容器、封裝、引腳和球柵。其性能取決于SERDES特點及系統(tǒng)整體有效的串聯(lián)阻抗、ESR、ESC和ESL (有效串聯(lián)電阻、電容和電感)。
紋波對隨機性/周期性抖動的影響
電源軌道噪聲通常稱為紋波，一般在幾毫伏。在幾GHz頻率的電源軌道上準(zhǔn)確測量幾mV噪聲，要求使用高DC阻抗的高帶寬探頭，其在高頻下作為50 Ω傳輸線操作。TPR1000和TPR4000電源軌道探頭就是專為這一目的設(shè)計的。在選配6系列B MSO數(shù)字功率管理(6-DPM)分析包后，您可以在多條電源軌跡上自動進(jìn)行功率分析，該分析包可以方便地進(jìn)行關(guān)鍵抖動測量(TIE, RJ, DJ, PJ)。
開關(guān)式電源調(diào)節(jié)電源軌道和回路(即“地面”)之間的電壓，在低耗散開關(guān)狀態(tài)之間連續(xù)切換，通過改變開/關(guān)占空比，實現(xiàn)恒壓。通過避免高耗散狀態(tài)，它們浪費的功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于線性電源。遺憾的是，驅(qū)動開關(guān)單元的開/關(guān)脈寬模式可能會感應(yīng)“開關(guān)噪聲”，導(dǎo)致周期性抖動。
圖6. 左上方Spectrum View頻譜視圖中的電源軌道紋波
開關(guān)以固定頻率發(fā)生，應(yīng)記錄在VRM產(chǎn)品技術(shù)資料中。如圖6左上方所示，如果紋波頻譜及緊下方的TIE頻譜在開關(guān)頻率上都有雜散信號，那么我們知道其來源，可以處理設(shè)計。注意圖6中紅色標(biāo)記處的大的重疊雜散信號。TIE頻譜右面的TIE直方圖有簽名正弦曲線抖動分布 (馬蹄鐵形)，在一個頻率上有周期性抖動。
電源可能會引入隨機性噪聲，導(dǎo)致隨機性抖動。電源軌道隨機性噪聲在圖7表現(xiàn)為左上方Spectrum View頻譜視圖的噪底。在這個實例中，功率紋波引起的隨機性噪聲很低，隨機性抖動很小，約為0.84 ps。
周期性抖動和地面彈跳
在邏輯跳變過程中，發(fā)射機和接收機為PDN提供電流，或從PDN接收電流。當(dāng)多個信號在不同電平之間同時切換時，它們可能會沉積電荷或從電源軌道和/或地平面中移除大量的電荷。短期引入電荷密度會改變本應(yīng)在導(dǎo)體中作為公共接地的電壓。得到的電壓變化稱為地面彈跳，也可以稱為同時開關(guān)噪聲(SSN)。
先闡明幾點：第一，這里所說的“地面”，指的是回路希望的公共基準(zhǔn)電壓，其通常定義為0 V；第二，“同時”指的是在上升/下降時間重疊時，在這個時間間隔內(nèi)多個元器件同時提供或接收電荷。
圖7. (a)電源軌道紋波頻譜和 (b) TIE/抖動頻譜
SSN在時域中看上去是隨機的，但在頻域中看上去不是隨機的。數(shù)據(jù)信號由許多頻率成分組成，包括基礎(chǔ)頻率或內(nèi)奎斯特頻率，可能多達(dá)兩個更高諧波，外加來自連續(xù)的完全相同的位的子諧波。同時開關(guān)可能發(fā)生在任何頻率上。因此，SSN是周期性噪聲，有許多低幅度雜散信號，可能會導(dǎo)致周期性抖動。為了確認(rèn)周期性抖動是由SSN導(dǎo)致的，對比圖7左上方的電源軌道頻譜與緊下方的TIE頻譜。在兩個頻譜中，高幅度雜散信號都出現(xiàn)在相同的頻率上，表明周期性抖動主要源于SSN。
小結(jié)
信號完整性和功率完整性是一個反饋回路。網(wǎng)絡(luò)中的每個要素、每條軌跡、通路、連接器、引腳、封裝等，都會影響PDN阻抗和每條通道的阻抗，每個有源器件都會改變電源軌道和地平面的電壓。眼圖可能告訴我們與信號完整性有關(guān)的許多東西，但幾乎不能幫助我們確定具體問題。通過分析TIE分布，我們可以把抖動分成不同的成分，了解問題出在哪兒。隨機性抖動高，通常意味著時鐘有噪聲，但也表明電源有隨機性噪聲。
周期性抖動可能表明時鐘有問題，電源有開關(guān)噪聲，或存在地面彈跳/SSN。對比電源軌道紋波頻譜與TIE頻譜，可以分兩步隔離問題。TIE頻譜中有雜散信號，但在電源軌道頻譜中沒有任何對應(yīng)的雜散信號，表示時鐘有問題。在兩個頻譜的相同頻率上有一個或兩個雜散信號，表明存在電源開關(guān)噪聲。兩個頻譜都有大量的雜散信號，表明SSN有問題。不管是哪種情況，進(jìn)行抖動和功率綜合分析都能隔離很多棘手的問題。
信號完整性和功率完整性通常被視為不同的兩個學(xué)科，只有同時了解這兩者，才能找到與高抖動有關(guān)的問題。MSO6B提供了必要的工具，在簡便易用的觸摸屏環(huán)境中把這兩個學(xué)科結(jié)合在一起。
