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电源“免疫力”决定芯片稳定性:PSRR测试为何越来越关键

海阔天空的专栏 • 来源:厂商供稿 • 作者:厂商供稿 • 2026-03-23 11:00 • 次阅读
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随着芯片制程持续微缩、工作电压不断降低,以及算力需求的指数级增长,电源系统的稳定性正在成为影响电子系统可靠性的关键因素。电源轨上微小的纹波噪声,可能导致精密AI算法产生偏差,甚至引发汽车电子系统的误判。如何量化评估电源系统抵御干扰的能力,已成为工程师在设计和验证电源管理方案时必须面对的问题。

在众多电源性能指标中,电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)正逐渐成为衡量电源系统抗干扰能力的重要参数。从消费电子到汽车电子,再到人工智能计算系统,PSRR已成为工程师在进行电源器件选型和系统评估时的重要参考指标。

PSRR:衡量电源抗干扰能力的重要指标

在实际电子系统中,电源输入端通常处于复杂的电磁环境之中。噪声可能来自电源本身的开关行为,也可能来自高速数字电路的串扰或时钟信号的耦合。PSRR用于量化电源系统在面对这些输入噪声时,保持输出端电压稳定和纯净的能力。

从定义上看,PSRR表示输入端纹波电压与输出端纹波电压之比的对数值,其单位为分贝(dB)。

QQ截图20260323105528.png

PSRR数值越高,意味着电源对输入噪声的抑制能力越强,输出电压受到干扰的影响越小。对于需要稳定供电的芯片系统而言,更高的PSRR意味着更“干净”的电源环境。

高性能系统对PSRR提出更高要求

随着电子系统复杂度不断提升,对电源稳定性的要求也在持续提高。在电源管理芯片(PMIC)以及电源稳压器、放大器等电路设计中,PSRR测试已经成为评估器件性能的重要手段。

在典型的高性能电子系统中,例如GPU、SoC、FPGA等处理器平台,以及SerDes、PCIe、USB等高速接口系统,多个电源轨需要同时为高速数据处理提供稳定供电。电源纹波可能来源于开关噪声、谐波、数字信号串扰以及时钟耦合等多种因素。如果电源系统对纹波噪声的抑制能力不足,可能导致信号抖动、误码率上升,并最终影响系统稳定性。

目前,PSRR测试已广泛应用于精密工业、汽车电子、医疗设备以及人工智能等领域。

在精密工业领域,PSRR测试常用于评估低压差稳压器(LDO)的电源稳定性,为精密电源系统设计提供重要参考。

在汽车电子系统中,车规级电源器件需要在振动、温度变化以及复杂电磁环境下保持稳定工作。PSRR测量能够帮助工程师评估电源系统在严苛工况下的抗干扰能力,从而支持功能安全设计。

医疗设备同样对电源稳定性有着严格要求。通过PSRR测量,可以评估电源噪声对设备精度和稳定性的影响,从而确保诊断数据的可靠性。

在人工智能系统中,这一问题尤为突出。AI芯片的工作电压正在不断降低,同时计算吞吐量却持续提升。电源轨上的微小纹波噪声,都可能导致计算误差、算法偏差或功耗管理效率下降。因此,高PSRR电源系统已成为AI芯片稳定运行的重要基础。

下图为一款用于AI存储器LPDDR,其工作电压低至0.5V,预留给电源的纹波噪声裕量越来越小。

图片1.png

鉴于其低电压的电源需求及高吞吐量的特性, 如果要保障其持续运行在高算力的AI应用场景下, 高稳定且对纹波噪声高抑制能力的电源供应是必要的保障, 如果电源纹波噪声抑制能力不够, 会有什么影响呢?

1.对芯片数据与算法的影响: 电源微小的纹波噪声可能导致芯片数据失真或芯片算法错误, 影响芯片算法的可靠性和准确性;
2.对功耗管理和能效优化的影响: 芯片系统通常需要大量的计算资源, 功耗管理和能效优化成为关键问题。纹波噪声抑制力差直接影响电源的优化, 降低 系统的能效;
3.对射频信号处理稳定性的影响: 在处理射频信号以实现通信或感知功能的应用中, 电源纹波噪声直接影响通信质量并可能导致感知错误。

所有这一切使得预留给电源的纹波噪声裕量越来越低,从而要求高精度的电源纹波噪声抑制能力 (PSRR) 的测量。

精准PSRR测量面临的技术挑战

从理论上讲,PSRR测量需要在电源输入端注入扫频纹波信号,并同步测量输入与输出端的残余纹波,从而获得电源抑制比在不同频率下的变化曲线。

然而,在实际测试过程中,随着频率提升至兆赫兹范围,被测纹波信号往往只有微伏级别。这对测试系统提出了更高要求,包括:

极低的本底噪声,确保测试系统不会淹没真实信号

高分辨率测量能力,以捕捉微小电压变化

完整的测试系统方案,包括信号源、注入设备和分析软件

如果测试方案本身的性能不足,测量结果可能无法真实反映芯片性能,甚至影响产品研发进度和上市周期。

一体化PSRR测试方案提升测量可靠性

针对PSRR测试中的挑战,完整的测试系统方案尤为重要。通过结合高性能示波器、电源轨探头以及专业信号注入设备,可以实现从信号注入、数据采集到自动分析的完整测试流程。

在实际测试中,函数信号发生器产生扫频信号,经线性注入器耦合到电源输入端。随后,示波器同步采集输入和输出端的纹波信号,并通过分析软件自动生成PSRR随频率变化的曲线。

图片2.png

这种集成化测试方案能够有效降低测试复杂度,提高测量一致性与重复性。它不仅能够帮助电源芯片设计工程师准确表征器件性能,还可以为系统工程师提供可靠的数据支持,从而在系统设计阶段更好地评估电源方案。

精准测量推动电子系统可靠性提升

随着电子系统向更高性能、更高集成度发展,电源系统的稳定性正在成为决定整体性能的重要因素。PSRR作为衡量电源鲁棒性的核心指标,其精准测量在高端芯片与复杂系统开发中正变得越来越关键。

在通往更智能、更高效电子系统的道路上,对每一毫伏电源纹波的精准测量与控制,都意味着性能边界的进一步突破。而实现这一目标的第一步,正是建立可靠的PSRR测试能力。

关于泰克科技

泰克公司总部位于美国俄勒冈州毕佛顿市,致力提供创新、精确、操作简便的测试、测量和监测解决方案,解决各种问题,释放洞察力,推动创新能力。70多年来,泰克一直走在数字时代前沿。欢迎加入我们的创新之旅,敬请登录:tek.com.cn

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