在芯片制程不斷微縮、工作電壓持續(xù)走低、算力要求指數(shù)級(jí)增長的今天，電源系統(tǒng)的純凈與穩(wěn)定已不再是錦上添花，而是系統(tǒng)可靠性的生命線。電源軌上微小的紋波噪聲，足以讓精密的AI算法產(chǎn)生偏差，或使關(guān)鍵的汽車控制信號(hào)發(fā)生誤判。

衡量電源系統(tǒng)抵御這種“干擾感染”能力的關(guān)鍵指標(biāo)，正是電源抑制比（Power Supply Rejection Ratio，簡(jiǎn)稱PSRR）。這個(gè)參數(shù)正成為從消費(fèi)電子到汽車工業(yè)，再到人工智能領(lǐng)域，工程師們選型和評(píng)估電源管理方案時(shí)不可或缺的“體檢報(bào)告”。

何為PSRR？

電源的輸入端暴露在充滿各種電氣噪聲的環(huán)境中。這些噪聲可能來自電源自身的開關(guān)動(dòng)作、附近高速數(shù)字電路的串?dāng)_，或是時(shí)鐘信號(hào)的耦合。PSRR量化了電源系統(tǒng)抵御這些輸入噪聲，保持輸出端“健康純凈”的能力。

其定義嚴(yán)謹(jǐn)而直觀：PSRR是電源輸入紋波與輸出紋波比值的對(duì)數(shù)，單位為分貝。

其中Vripple（in）是輸入端的紋波，Vripple（out）是輸出端的紋波。

一個(gè)更高的PSRR值，意味著電源擁有更強(qiáng)的“免疫力”，輸出端受輸入端雜亂噪聲的影響更小。在相同的電路設(shè)計(jì)中，選用PSRR值更高的電源芯片，意味著能得到更“干凈”的電力供應(yīng)。

PSRR測(cè)試應(yīng)用

PSRR在電源管理芯片（PMIC）中應(yīng)用廣泛，覆蓋包括電源穩(wěn)壓器、放大器等器件或電路的性能評(píng)估。尤其在當(dāng)今典型的系統(tǒng)為處理器（如GPUs, SoCs, FPGAs）、高速串行接口（如SerDes，PCIe，USB）、高速并行數(shù)據(jù)（如DDR、LPDDR、GDDR）以及多路電源同時(shí)工作的需要穩(wěn)定電源供應(yīng)且對(duì)電源干擾抑制力較高的低壓供電場(chǎng)景中，PSRR的測(cè)試已廣泛應(yīng)用于精密工業(yè)、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備以及正蓬勃發(fā)展的人工智能等行業(yè)中。

精密工業(yè)在電源穩(wěn)壓器尤其是在LDO電源電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，對(duì)其PSRR性能的測(cè)試有助于為精密低壓差電源供應(yīng)的電源穩(wěn)定性提供評(píng)估參考。如下圖展示的一款用于手機(jī)攝像頭、可穿戴設(shè)備等上的LDO芯片datasheet上列出的必要的PSRR項(xiàng)目指標(biāo)。

汽車電子系統(tǒng)中，車規(guī)級(jí)電源器件必須在振動(dòng)、溫度變化及復(fù)雜電磁環(huán)境下萬無一失。PSRR測(cè)量是評(píng)估這些電源系統(tǒng)能否在嚴(yán)苛工況下保持穩(wěn)定工作特性的關(guān)鍵驗(yàn)證環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到功能安全。

醫(yī)療設(shè)備中，PSRR的測(cè)量可以幫助評(píng)估電源噪聲對(duì)醫(yī)療設(shè)備精度和穩(wěn)定性的影響, 以最大程度減少電源噪聲造成的干擾, 確保醫(yī)療設(shè)備的可靠和 安全以實(shí)現(xiàn)精確的讀數(shù)和診斷。

AI芯片的工作電壓已呈現(xiàn)極低的電壓供電趨勢(shì)，同時(shí)又承載著巨大的計(jì)算吞吐量。電源軌上任何微小的紋波噪聲，都可能導(dǎo)致計(jì)算數(shù)據(jù)失真、算法出錯(cuò)，或直接影響功耗管理與能效優(yōu)化。對(duì)于一顆追求極致能效比的AI芯片而言，高PSRR的電源是其穩(wěn)定釋放算力的基礎(chǔ)保障。

下圖為一款用于AI存儲(chǔ)器LPDDR，其工作電壓低至0.5V，預(yù)留給電源的紋波噪聲裕量越來越小。

鑒于其低電壓的電源需求及高吞吐量的特性, 如果要保障其持續(xù)運(yùn)行在高算力的AI應(yīng)用場(chǎng)景下, 高穩(wěn)定且對(duì)紋波噪聲高抑制能力的電源供應(yīng)是必要的保障, 如果電源紋波噪聲抑制能力不夠, 會(huì)有什么影響呢?

1. 對(duì)芯片數(shù)據(jù)與算法的影響: 電源微小的紋波噪聲可能導(dǎo)致芯片數(shù)據(jù)失真或芯片算法錯(cuò)誤, 影響芯片算法的可靠性和準(zhǔn)確性;

2. 對(duì)功耗管理和能效優(yōu)化的影響: 芯片系統(tǒng)通常需要大量的計(jì)算資源, 功耗管理和能效優(yōu)化成為關(guān)鍵問題。紋波噪聲抑制力差直接影響電源的優(yōu)化, 降低系統(tǒng)的能效;

3. 對(duì)射頻信號(hào)處理穩(wěn)定性的影響:在處理射頻信號(hào)以實(shí)現(xiàn)通信或感知功能的應(yīng)用中, 電源紋波噪聲直接影響通信質(zhì)量并可能導(dǎo)致感知錯(cuò)誤。

所有這一切使得預(yù)留給電源的紋波噪聲裕量越來越低,從而要求高精度的電源紋波噪聲抑制能力 (PSRR) 的測(cè)量。

如何精準(zhǔn)“診斷”PSRR？

理論上，測(cè)量PSRR需要向電源輸入端注入一個(gè)掃頻的紋波信號(hào)，然后同步精準(zhǔn)地測(cè)量輸入與輸出端的殘余紋波，并計(jì)算得出在整個(gè)頻率范圍內(nèi)的抑制比曲線。

實(shí)踐中的挑戰(zhàn)在于“精準(zhǔn)”二字。隨著工作頻率提升至兆赫茲范圍，待測(cè)的紋波信號(hào)可能微小至微伏級(jí)別。這要求測(cè)量系統(tǒng)本身具備：

■極低的本底噪聲：測(cè)試儀器自身的噪聲必須遠(yuǎn)低于被測(cè)信號(hào)，否則將“淹沒”真實(shí)數(shù)據(jù)。

■高分辨率與精度：能夠清晰分辨和測(cè)量出微小的電壓變化。

■完整的系統(tǒng)方案：包括純凈的信號(hào)源、高保真的注入設(shè)備、以及能進(jìn)行精確數(shù)學(xué)分析的軟件。

一套不利的測(cè)試方案，可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)，無法真實(shí)反映芯片性能，甚至延誤產(chǎn)品研發(fā)和上市周期。

泰克科技完整PSRR測(cè)試方案

該方案的核心是高性能示波器與專業(yè)電源軌探頭的組合。新一代示波器前端采用了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在測(cè)量微小電壓檔位時(shí)，其本底噪聲較前代產(chǎn)品顯著降低，為捕捉微伏級(jí)紋波提供了可能。專用的電源軌探頭能夠以極低的噪聲和負(fù)載效應(yīng)，從芯片引腳直接提取真實(shí)的電源信號(hào)。

測(cè)試時(shí)，由示波器內(nèi)置函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生所需的掃頻信號(hào)，經(jīng)線性注入器耦合到被測(cè)電源的輸入端。隨后，示波器同步采集輸入和輸出端的紋波，并通過內(nèi)置的PSRR分析功能，自動(dòng)計(jì)算、繪制出完整的PSRR隨頻率變化的曲線。

這套集成化方案將復(fù)雜的測(cè)試流程簡(jiǎn)化，確保了測(cè)量的一致性與可重復(fù)性。它既能幫助電源芯片設(shè)計(jì)者精準(zhǔn)表征產(chǎn)品性能，生成可靠的數(shù)據(jù)手冊(cè)，也能助力下游系統(tǒng)工程師進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪x型驗(yàn)證，從源頭確保最終產(chǎn)品的電源系統(tǒng)穩(wěn)健可靠。

結(jié)語

PSRR作為衡量電源魯棒性的核心指標(biāo)，其精準(zhǔn)測(cè)量已成為高端芯片與系統(tǒng)開發(fā)中不可或缺的一環(huán)。

在通往更智能、更高效、更可靠的電子未來的道路上，對(duì)每一毫伏紋波的洞察與控制，都意味著性能邊界的一次拓展。而這，始于一次足夠精準(zhǔn)的測(cè)量。