1 概述

近些年，随着电子行业发展越来越迅速，电子设备越来越复杂，电子产品的设计及测试越来越关注性能指标参数与信号质量分析。特别在高速电路中，面临信号完整性SI、电源完整性PI、电磁干扰EMI。电源完整性测试又应该测试哪些项如何测试呢？

电源完整性简称PI，是单板电源设计的一项技术，通过合理的电源平面和滤波设计，为单板上的器件提供稳定洁净的电源供应，保证单板稳定工作。电源完整性包括电源系统设计、直流压降分析、电压瞬态分析、同步快关噪声以及器件建模等与单板电源稳定性有关的一切工作内容。

设计出来的单板，电源系统稳不稳定、动态响应如何？都关系到设计是否成功，在单板贴片回来后，工程师通常要对单板进行电源完整性测试，那么电源完整性测试又应该测试哪些内容以及如何测试呢？

2 电源完整性测试内容

常见的PI测试指标包含周期性和随机性扰动，即我们通常所说的噪声、纹波和瞬变；静态和瞬态负载响应，以及电源漂移。作为一般情况，我们通常测试电源纹波、电源上下电质量、电源负载调整率、输出电压动态响应以及电源的实际负载电流测试。

① 电源纹波测试：

电源纹波是指直流电源输出的电压或电流中存在的交流部分。电源纹波测试的方法有很多种，主要有1）使用示波器测试；2）使用频谱分析仪测试；3）使用电子负载测试；4）使用峰值表测试。

在我司设计的电路板中，通常使用示波器测试即可。测试步骤如下：

1） 测试之前选择一台示波器和合适的电压探头。探头有无源探头和有源探头两种，综合来讲一般选择衰减比例1:1的无源探头测量输出阻抗及频率较低的电源纹波。

2） 连接示波器探头和电源输出端，确保连接完好，正确接地，避免干扰和安全风险。

3） 设置示波器：<1>耦合方式：一般选择交流耦合，方便观察波形; <2>带宽：一般带宽限制设置到20MHz;<3>阻抗：示波器通道阻抗有1MΩ和50Ω，使用无源探头时选择1MΩ;<4>探头要选择合适的档位，电压较大或者对带宽要求较高，可使用X10档。普通情况下建议使用X1档，减少纹波测量的影响。同时记得示波器通道的衰减比也要调成相应的挡位。此外接入探头时，示波器探头接地线要尽量短，一般使用专用短针或接地弹簧针接地，避免电磁辐射等对信号的干扰，减小测试误差;<5> 触发设置：触发模式可以选择边沿触发或脉冲触发，触发电平可以设置为电源纹波期望值的一半。如果需要实时观察纹波信号，可选择“自动触发”，如果需要观察某次测量时的波形，可选择“正常触发”;<6>采样：设置合适的采样长度和采样方式，以便观察完整的波形。

4） 测量纹波: 打开示波器，观察示波器屏幕上的波形，确保波形稳定，且可以清晰观察到电源纹波的特征。

5） 测量结果分析与判断:根据示波器上显示的波形判断测量纹波的峰值，示波器也可测量纹波的最大值、最小值、平均值等。通常情况下要求电源输出U0≤3.3V时纹波小于50mV，3.3V＜U0≤5V时纹波小于100mV，5V＜U0≤12V时纹波小于120mV。

图1 纹波

② 电源上下电测试：

前期准备同纹波测试一样，准备好示波器。

1） 将示波器设置为上升沿（或下降沿）触发模式，垂直方向调至满屏，时基刻度一般测试上升时调至500us或者1ms，下降时调至100ms；

2） 开关电源，采用single 捕捉波形，观察电源上下电；

3） 通常上下电时间为10%、90%。

图2 上电时间

图3 下电时间

③ 电源负载调整率：

电源负载的变化会引起电源输出的变化，负载增加，输出降低，相反负载减少输出会升高，负载调整率是测试输出负载变动时，输出电压随之变动的稳定性。

1）将电源芯片输出接至负载仪输出+，将单板地接至负载仪输出-；

2）查询芯片规格书，确定芯片输出最大电流A；

3）将负载仪设定为CC模式，输入电流A/2，按负载仪enter键；

4）打开供电电源，打开负载仪，用示波器或万用表测量半载电流下的电压并记录B；

5）将负载仪电流设定为A，重复步骤<4>记录满载电压C；

6）判定，标准电压为D，通常要求半载下电压B 与标准输出电压D之间差值小于标准输出电压3%即abs（B-D）/D≤3%，满载下电压C与标准输出电压D之间差值小于标准输出电压3%即abs（C-D）/D≤3%，负载率为（B-C）/C，通常要求负载率小于等于0.05。

④ 输出动态响应：

一般是指系统在典型输入信号作用下，其输出量从初始状 态到最终状态的响应。对某一环节（系统）加入单位阶跃输入x（t）时，其响应y（t）开始逐渐上升，直到稳定在某一定值上为止。响应y（t）在达到一定值之前的变化状态称为过渡状态（动态）。测试步骤如下：

1）设置示波器<1>示波器恢复出厂设置，采样-默认设置-继续；

2）检查单板外部环境并上电，观察工作是否正常；

3）将芯片输出接至负载仪输出+，将单板地接至负载仪输出-；

4）调整示波器探头上低频补偿，使得输出方波标准，如图

图4 示波器探头调整

5 ）显示屏点击测量-菜单-<1>选高级测量<2>打开统计<3>选测量设置-显示模式选M2

6） 在显示屏幕上点击-菜单-菜单样式选择内嵌；

7） 在显示屏幕上点击左侧峰峰值区域任意测试项，选择信源通道，点击左边信源下面的C1，使用哪个探头选择哪个通道；

8） 选择测试项，如最大值、最小值、峰峰值等；

9） 点击功能-菜单-扩展策略，垂直参考设定为偏移固定；

10） 双击面板上Display/Persist按钮打开余晖，触发方式选择Auto，打开Run/stop；

11） 设置带宽20M；

12） 将示波器探头点击测试点，接地弹簧针就近接地，调整示波器时基为1ms/div；

13） 负载仪按shift-2，选择on，然后按enter，接下来依次按照图按enter即可

图5 负载仪

14） 设置Level A，输入测试设置最低电流然后按Enter，设置Level B，输入测试设置最高电流然后按Enter，频率选择1KHz然后按Enter，继续按Enter；

15） 按shift+.，开启动态变化，然后On/Off；

16） 点击clear/Sweep按钮清屏，开始统计，等待统计500次，点击Stop停止，点击负载仪上off关闭负载仪，将均方值写进测试报告；

17） 测量结果最小值大于标准最小值，小于标准最大值则Pass，否则Fail, 测量结果最大值大于标准最小值，小于标准最大值则Pass，否则Fail。

⑤电源的实际负载电流测试：

本测试主要指实际负载电流测试。

１） 用导线串联进入负载中；

２） 电流钳插入示波器，调节相应设置，合闭电流钳选择AutoZero清零；

３） 用电流钳夹住串入导线；

４） 检查环境电路并通电，观察示波器测量结果电流并填入表格