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前三期的文章相继介绍了Spectrum View的功能特点、相关理论知识,及其在多域联合分析上的应用。本文将通过常见的电源网络调试及PLL故障诊断等测试场景进一步描述Spectrum View的应用。
Spectrum View在电源调试中的应用
作为电子系统的动力源泉,电源网络质量的优劣将直接影响系统能否正常工作,因此电源测试及调试是保证系统正常工作极其重要的一环。系统中常用的电源种类较多,包括SMPS(AC-DC,DC-DC)及LDO,对于这些电源,一般除了关注电压幅度之外,现在也越来越多地开始关注电源纹波信号,尤其是对于RF IC及HSSIC的供电。因为电源网络中的高频噪声可能会串入这些敏感电路,从而造成干扰。
即使电源纹波比较微弱,对敏感电路带来的影响也不可忽略。在电源纹波测试方面存在两个问题:(1)能否测到微弱的电源纹波?(2)如何快捷地确定电源噪声频率?这两点都是在纹波测试时面临的挑战,使用泰克最新平台示波器MSO64并借助于极低噪声、高带宽电源轨探头,这些问题便迎刃而解。
新平台示波器MSO64采用全新TEK049平台,不仅实现了4通道同时打开时25GS/s的高采样率,而且实现了12-bit高垂直分辨率。同时,由于采用了新型低噪声前端放大ASICTEK061,大大降低了噪声水平,在1mv/div时,实测的本底噪声RSM值只有58uV,远远低于市场同类示波器。这些特性都是M S 064频谱模式——Spectrum View获得高动态、低噪底的强有力保证。
MSO64借助于TPR1000/4000电源轨探头,系统噪声可以低至300uVpp,极大地提高了微弱信号测试能力,这是普通探头所远远不及的。TPR系列探头的带宽高达4GHz,并可提供士60V的offset电压范围,非常适合测试常规电源的高频噪声。此外,TPR探头还提供了丰富的探测前端,支持灵活的探测连接方式,包括点测、焊接测试、卡接、插接等方式。
电源纹波测试时,可能多数情况下测得的纹波并不是正弦波,如图3所示,纹波的时域波形比较“乱”,局部放大波形后虽然也能观察到周期性,但是并不知道纹波的频率成分。当打开Spectrum View后,可以非常清晰地看到电源上噪声的频谱,如图5所示。电源噪声频谱中主要包括两组频率成分:8kHz及其谐波分量和间距为200Hz的線状谱。线状谱主要是由图3所示的周期为Sms的脉冲所致,而8kHz及其谐波是由于电路板上的时钟信号串扰所致,这为电路板的故障诊断提供了调试依据。
Spectrum View在PLL调试中的应用
凭借优异的相噪性能和频率稳定度,基于PLL的频率综合器已广泛应用于射频/uW及HSS电路。在PLL开发调试过程中,为了提高诊断和测试效率,需要多通道测试设备同时观测多路信号,包括射频输出、VCO直流电压、VCO调谐电压等,以便于联动分析。因为VCO供电及调谐电压是否稳定及纯净将直接影响PLL的性能,甚至导致PLL失锁。
图6是一个频率工作在约2.4GHz处的PLL实际输出的信号频谱,此时PLL处于稳定的状态。但是,当降低RBW后发现,信号中存在很多杂散,如图7所示。图中同时打开了三个通道的spectrum view,Ch.l观测射频信号频谱,Ch.2/3分别观测调谐和直流电压波形的频谱。
三个通道频谱的中心频率可以设置不同,Ch1.设置为2.42GHz,Ch.2/3设置为20MHz,span均设置为50MHz。从图7中可以看出,调谐和直流电压的时域波形并不稳定,而是包含了很多杂散频率成分。对比三个通道的频谱发现,射频频谱上的杂散基本都是由调谐和直流电压波形上的杂散直接调制而来的。因此,为了提高射频信号频谱纯度,需要对供电和调谐电压作滤波处理。
Spectrum View的时频域联动分析功能,还便于PLL失锁分析,图8捕获了PLL的失锁状态,通过分析此时的电压波形可知,调谐电压出现问题导致PLL失锁,与此同时,也导致直流电压波形瞬间异常。除了可以排查失锁故障,Spectrum View的这种特性也可以用于测试PLL的稳定响应时间。
结论
本文着重介绍了泰克示波器全新频谱分析功能Spectrum View在电源调试和PLL故障排查诊断中的应用。实测表明,Spectrum View的多通道时频域联动分析,非常便于干扰信号定位以及电路故障排查,为开发工程师调试产品提供了重要依据。
八家行业领导者协力将可插拔收发器速度提升至800Gbps
多家行业领导者宣布新成立一家QSFP-DD800多源协议(MSA)组织,共同推进高速双密度四分之一小形状系数可插拔(QSFP-DD800)模块的发展,为800Gbps的连接提供支持。该MSA组织将实现带宽极高的接口,从而致力于解决全球带宽消耗量与日俱增的问题。
MSA的创始成员及推动者包括博通、思科、菲尼萨、英特尔、瞻博网络、Marvell、Molex及申泰。
该新型的QSFP-DD800接口在QSFP-DD的基础上有所扩展,这种可插拔的形状系数配有八通道的电气接口,被最新的以太网交换机广泛采用。该MSA通过为800Gbps的模块和连接器系统提供技术解决方案,将实现QSFP-DD800的八条电气通道,使每条通道在每秒100千兆位(Gbps)的速度下运行。此外还将定义模块、连接器、堆叠式连接器及作为BiPass/Flyover产品变型的混合式连接器,可以消除传统印刷电路板上存在的信号丢失问题。MSA集团的主要目标是定义相关的规范并促进行业采用QSFP-DD800o制定新的QSFP-DD800规范的目的是向下兼容QSFP-DD、QSFP28和QSFP+模块及电缆,从而为业界即将到来的、对25.6Tb/s规模系统的需求提供支持,这类系统可以支持100 GbE或400 GbE的高密度接口。
MSA创始成员兼联合主席Mark Nowell表示:“通过充分利用来自QSFP-DD的技术创新,现在是时候与我们的MSA合作伙伴开展协作了,从而为下一代的系统与模块打下坚实的基础。对于可插拔模块在性能与密度上的下一步发展,QSFP-DD的形状系数会继续作为一块基石,同时,在之前几代产品的基础上,还会进一步的延伸行业的投资、拓宽经验,并且扩大成本结构并提高向下的兼容性。”
Spectrum View在电源调试中的应用
作为电子系统的动力源泉,电源网络质量的优劣将直接影响系统能否正常工作,因此电源测试及调试是保证系统正常工作极其重要的一环。系统中常用的电源种类较多,包括SMPS(AC-DC,DC-DC)及LDO,对于这些电源,一般除了关注电压幅度之外,现在也越来越多地开始关注电源纹波信号,尤其是对于RF IC及HSSIC的供电。因为电源网络中的高频噪声可能会串入这些敏感电路,从而造成干扰。
即使电源纹波比较微弱,对敏感电路带来的影响也不可忽略。在电源纹波测试方面存在两个问题:(1)能否测到微弱的电源纹波?(2)如何快捷地确定电源噪声频率?这两点都是在纹波测试时面临的挑战,使用泰克最新平台示波器MSO64并借助于极低噪声、高带宽电源轨探头,这些问题便迎刃而解。
新平台示波器MSO64采用全新TEK049平台,不仅实现了4通道同时打开时25GS/s的高采样率,而且实现了12-bit高垂直分辨率。同时,由于采用了新型低噪声前端放大ASICTEK061,大大降低了噪声水平,在1mv/div时,实测的本底噪声RSM值只有58uV,远远低于市场同类示波器。这些特性都是M S 064频谱模式——Spectrum View获得高动态、低噪底的强有力保证。
MSO64借助于TPR1000/4000电源轨探头,系统噪声可以低至300uVpp,极大地提高了微弱信号测试能力,这是普通探头所远远不及的。TPR系列探头的带宽高达4GHz,并可提供士60V的offset电压范围,非常适合测试常规电源的高频噪声。此外,TPR探头还提供了丰富的探测前端,支持灵活的探测连接方式,包括点测、焊接测试、卡接、插接等方式。
电源纹波测试时,可能多数情况下测得的纹波并不是正弦波,如图3所示,纹波的时域波形比较“乱”,局部放大波形后虽然也能观察到周期性,但是并不知道纹波的频率成分。当打开Spectrum View后,可以非常清晰地看到电源上噪声的频谱,如图5所示。电源噪声频谱中主要包括两组频率成分:8kHz及其谐波分量和间距为200Hz的線状谱。线状谱主要是由图3所示的周期为Sms的脉冲所致,而8kHz及其谐波是由于电路板上的时钟信号串扰所致,这为电路板的故障诊断提供了调试依据。
Spectrum View在PLL调试中的应用
凭借优异的相噪性能和频率稳定度,基于PLL的频率综合器已广泛应用于射频/uW及HSS电路。在PLL开发调试过程中,为了提高诊断和测试效率,需要多通道测试设备同时观测多路信号,包括射频输出、VCO直流电压、VCO调谐电压等,以便于联动分析。因为VCO供电及调谐电压是否稳定及纯净将直接影响PLL的性能,甚至导致PLL失锁。
图6是一个频率工作在约2.4GHz处的PLL实际输出的信号频谱,此时PLL处于稳定的状态。但是,当降低RBW后发现,信号中存在很多杂散,如图7所示。图中同时打开了三个通道的spectrum view,Ch.l观测射频信号频谱,Ch.2/3分别观测调谐和直流电压波形的频谱。
三个通道频谱的中心频率可以设置不同,Ch1.设置为2.42GHz,Ch.2/3设置为20MHz,span均设置为50MHz。从图7中可以看出,调谐和直流电压的时域波形并不稳定,而是包含了很多杂散频率成分。对比三个通道的频谱发现,射频频谱上的杂散基本都是由调谐和直流电压波形上的杂散直接调制而来的。因此,为了提高射频信号频谱纯度,需要对供电和调谐电压作滤波处理。
Spectrum View的时频域联动分析功能,还便于PLL失锁分析,图8捕获了PLL的失锁状态,通过分析此时的电压波形可知,调谐电压出现问题导致PLL失锁,与此同时,也导致直流电压波形瞬间异常。除了可以排查失锁故障,Spectrum View的这种特性也可以用于测试PLL的稳定响应时间。
结论
本文着重介绍了泰克示波器全新频谱分析功能Spectrum View在电源调试和PLL故障排查诊断中的应用。实测表明,Spectrum View的多通道时频域联动分析,非常便于干扰信号定位以及电路故障排查,为开发工程师调试产品提供了重要依据。
八家行业领导者协力将可插拔收发器速度提升至800Gbps
多家行业领导者宣布新成立一家QSFP-DD800多源协议(MSA)组织,共同推进高速双密度四分之一小形状系数可插拔(QSFP-DD800)模块的发展,为800Gbps的连接提供支持。该MSA组织将实现带宽极高的接口,从而致力于解决全球带宽消耗量与日俱增的问题。
MSA的创始成员及推动者包括博通、思科、菲尼萨、英特尔、瞻博网络、Marvell、Molex及申泰。
该新型的QSFP-DD800接口在QSFP-DD的基础上有所扩展,这种可插拔的形状系数配有八通道的电气接口,被最新的以太网交换机广泛采用。该MSA通过为800Gbps的模块和连接器系统提供技术解决方案,将实现QSFP-DD800的八条电气通道,使每条通道在每秒100千兆位(Gbps)的速度下运行。此外还将定义模块、连接器、堆叠式连接器及作为BiPass/Flyover产品变型的混合式连接器,可以消除传统印刷电路板上存在的信号丢失问题。MSA集团的主要目标是定义相关的规范并促进行业采用QSFP-DD800o制定新的QSFP-DD800规范的目的是向下兼容QSFP-DD、QSFP28和QSFP+模块及电缆,从而为业界即将到来的、对25.6Tb/s规模系统的需求提供支持,这类系统可以支持100 GbE或400 GbE的高密度接口。
MSA创始成员兼联合主席Mark Nowell表示:“通过充分利用来自QSFP-DD的技术创新,现在是时候与我们的MSA合作伙伴开展协作了,从而为下一代的系统与模块打下坚实的基础。对于可插拔模块在性能与密度上的下一步发展,QSFP-DD的形状系数会继续作为一块基石,同时,在之前几代产品的基础上,还会进一步的延伸行业的投资、拓宽经验,并且扩大成本结构并提高向下的兼容性。”