Garantir l'intégrité de l'alimentation dans le réseau de distribution électrique : stratégies de mesure pour les réseaux de distribution d'alimentation (PDN).

Concevoir des réseaux de distribution d’alimentation de manière fiable.

Les réseaux de distribution d’alimentation (PDN, Power Distribution Networks) doivent alimenter des charges sensibles telles que des processeurs, des DSP, des FPGA ou des ASIC avec plusieurs rails DC à faible bruit. Parallèlement, l’augmentation des fréquences d’horloge, des densités d’intégration plus élevées ainsi que la baisse des tensions pour des courants plus élevés renforcent les exigences en matière de signal integrity et de power integrity. L’objectif des mesures de power integrity est donc de démontrer de manière fiable que la tension et le courant au point de charge (POL, Point of Load) restent dans les limites de la spécification dans toutes les conditions de fonctionnement pertinentes. Une configuration de mesure à faible bruit pour des mesures de bruit précises dans la plage du millivolt jusqu’à la gamme de fréquences du GHz est ici particulièrement importante.

Mesure large bande de l’impédance du PDN.

Pour assurer une alimentation stable des FPGA, des processeurs et d’autres circuits intégrés complexes, l’impédance du PDN doit rester faible sur une large plage de fréquences afin que les variations rapides de charge n’entraînent ni transitoires ni bruit. Les mesures d’impédance d’une conception de réseau visent à garantir des valeurs d’impédance maîtrisées. La mesure s’effectue classiquement avec un analyseur de réseau vectoriel (VNA) ou avec un oscilloscope MSO et le logiciel d’analyse associé, un générateur de signaux et un transformateur d’isolement. Il est ainsi possible d’évaluer de manière fiable le comportement du rail d’alimentation.

Mesures HF sans charge.

Pour des mesures de bruit précises dans la plage des MHz à GHz avec de très faibles amplitudes (millivolts), les sondes classiques 10:1 ou 1:1 ne suffisent souvent pas, car elles atténuent soit le signal utile, limitent la bande passante ou chargent trop fortement le circuit. La sonde idéale pour les mesures sur rails d’alimentation combine une impédance DC élevée avec un comportement 50 Ω compatible HF et permet ainsi des mesures large bande à faible bruit avec une influence de charge minimale.

Recommandations de produits.

Diagnostic du jitter dans le PDN.

Les perturbations sur les rails d’alimentation se transmettent souvent sous forme de jitter aux signaux de données haut débit et dégradent ainsi l’intégrité du signal. Pour une analyse rapide et précise des causes, le jitter et la power integrity doivent être examinés à la fois dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel.

La comparaison des fréquences de jitter périodique (PJ) dans le spectre TIE (Time Interval Error, erreur d’intervalle de temps) avec les pics du spectre d’ondulation d’alimentation constitue une méthode rapide et précise pour identifier les problèmes d’intégrité du signal causés par le PDN. L’analyse nécessite un oscilloscope disposant à la fois de bonnes fonctions d’analyse spectrale et de bonnes capacités d’analyse du jitter.

Identifier la source de bruit par l’analyse spectrale.

L’analyse spectrale permet de remonter des bruits parasites présents sur les rails d’alimentation à leurs causes, par exemple des convertisseurs DC-DC, des PLL, des générateurs d’horloge ou de la diaphonie. À cette fin, les fréquences de bruit sont corrélées aux fréquences de commutation et aux harmoniques. Cela peut être réalisé avec un analyseur de spectre raccordé au rail d’alimentation au moyen d’un blocage DC.

En alternative, la fonction d’analyse spectrale des oscilloscopes MSO modernes permet d’observer simultanément des spectres synchronisés dans le domaine temporel et des formes d’onde dans le domaine fréquentiel, ce qui rend la recherche de défauts nettement plus efficace.