現(xiàn)代CPU、GPU、FPGA和ASIC等功能模塊的供電軌數(shù)量激增，要求上電/下電過(guò)程必須精確時(shí)序控制。SoC內(nèi)部為降低功耗不斷壓低供電電壓，但電源完整性要求卻更加嚴(yán)苛，各供電軌需提供更大電流。多相降壓轉(zhuǎn)換器因其在高電流供電軌中的優(yōu)異表現(xiàn)日益普及，但電源設(shè)計(jì)與驗(yàn)證測(cè)試的復(fù)雜度也隨之提升。

難點(diǎn)挑戰(zhàn)：

每相多相降壓轉(zhuǎn)換器（交錯(cuò)式轉(zhuǎn)換器）至少包含一組開關(guān)晶體管和一個(gè)電感器。為發(fā)揮多相優(yōu)勢(shì)，各相導(dǎo)通時(shí)間需錯(cuò)相排列。在高負(fù)載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，所有相位應(yīng)保持均流且等間隔導(dǎo)通，使電感電流相位交錯(cuò)，從而顯著抑制供電電流與電壓紋波。由于大電流下傳導(dǎo)損耗占主導(dǎo)，多相架構(gòu)通過(guò)電流分流實(shí)現(xiàn)比單相轉(zhuǎn)換器更高的效率和更低的熱耗散?；?a target="_blank">控制器的多相降壓轉(zhuǎn)換器可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)工作相位數(shù)量（高負(fù)載時(shí)激活更多相位，輕載時(shí)關(guān)閉冗余相位），進(jìn)一步優(yōu)化能效表現(xiàn)。多相架構(gòu)對(duì)負(fù)載階躍的響應(yīng)同樣出色：通過(guò)調(diào)整階躍后首個(gè)相位的PWM信號(hào)寬度，系統(tǒng)能快速響應(yīng)負(fù)載變化。在堆疊式設(shè)計(jì)中，主控制器為所有相位提供PWM信號(hào)并維持預(yù)設(shè)相移；而基于控制器的設(shè)計(jì)還能動(dòng)態(tài)調(diào)整相位對(duì)齊或激活/關(guān)閉特定相位PWM信號(hào)，最大限度抑制負(fù)載瞬變導(dǎo)致的電壓下沖/過(guò)沖。盡管多相降壓轉(zhuǎn)換器能顯著提升高速SoC電源性能，但其在靜態(tài)負(fù)載與動(dòng)態(tài)負(fù)載階躍場(chǎng)景下的相位管理分析為驗(yàn)證調(diào)試帶來(lái)新挑戰(zhàn)

多相降壓轉(zhuǎn)換器以及相應(yīng)的電壓和電流的示意圖

海洋儀器的解決方案

MXO58系列示波器總共提供8個(gè)模擬通道和高達(dá)2GHz的帶寬（交錯(cuò)模式）。MXO58具有無(wú)與倫比的速度和高達(dá)450萬(wàn)個(gè)波形/秒的采集率，以及高達(dá)45,000次FFT/秒的FFT率。該儀器具有高達(dá)2V（在50Ω時(shí)）或5V（在1MΩ時(shí)）的可調(diào)偏移量，即使設(shè)置為最高靈敏度0.5mV/div時(shí)也是如此。結(jié)合12位分辨率（在高清模式下可達(dá)18位），這為測(cè)量直流電源軌上的小擾動(dòng)提供了最大精度。電源軌上的擾動(dòng)最好使用專用的電源軌探頭（如RT-ZPR）進(jìn)行測(cè)量。由于它是1:1探頭，因此具有該測(cè)量所需的靈敏度。探頭內(nèi)置直流電表，可輕松測(cè)量電源軌直流電壓，并在偏移電路中自動(dòng)減去該電壓。這樣，可以在MXO58中使用最佳靈敏度來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量電源軌上的擾動(dòng)，同時(shí)仍顯示電源軌電壓的實(shí)際直流值。在具有高供電電流的電源設(shè)計(jì)測(cè)試設(shè)置中，可能會(huì)出現(xiàn)由接地回路引起的測(cè)量誤差。將RT-ZPR與Picotest J2115A同軸隔離器結(jié)合使用，可以顯著減少這些接地回路誤差。

在測(cè)量開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓時(shí)，也需要考慮由多相降壓轉(zhuǎn)換器各階段的高電流水平引起的接地回路效應(yīng)。RT-ZD等差分探頭可以消除這些效應(yīng)，非常適合此類測(cè)量。RT-ZCxx電流探頭和羅杰夫斯基線圈可用于測(cè)量電流并計(jì)算功率效率測(cè)量中的瞬時(shí)功率。

總結(jié)：

MXO58系列示波器非常適合分析高速SoC電源設(shè)計(jì)中的電源完整性。多達(dá)8個(gè)模擬通道和16個(gè)數(shù)字通道以及一系列探頭有助于這些儀器以出色的靈敏度準(zhǔn)確測(cè)量噪聲、紋波、下沖和過(guò)沖。無(wú)與倫比的測(cè)量速度和強(qiáng)大的觸發(fā)系統(tǒng)能夠高效地檢測(cè)時(shí)域和頻域中的電源軌擾動(dòng)，從而有助于分析多相降壓轉(zhuǎn)換器所有階段的PWM信號(hào)。