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25 测量 PDN 阻抗

测量 PDN 阻抗的障碍#

数值小#

目标阻抗动辄几毫欧,甚至不到一毫欧。普通万用表的精度达不到,电磁场扰动、寄生电容电感也会影响测量结果。

带宽大#

PDN 阻抗要在每一个频率上都低,所以必须在全频带上都低于门限值。

单端口反射法的瓶颈#

单端口 VNA 靠反射测阻抗,发一个信号出去,看反射回来多少。反射量取决于被测阻抗跟仪器 50 Ω 基准的差距。对于毫欧级别的阻抗,信号几乎全反射回来,无法测出具体的数值。

两端口分流法#

既然反射法不适用,那就改为测量信号的传输量。这就是业界测 PDN 阻抗的标准方法——两端口分流法(Two-Port Shunt-Through)。

接线方式#

VNA 的端口一发信号,端口二收信号。两根线的线芯都接到被测点,屏蔽层都接到附近的地平面。

被测的 PDN 阻抗并联分流在从端口一到端口二的通路上:

  • 如果 PDN 阻抗很大,信号大部分顺着通路从端口一跑到端口二,端口二收到的就多
  • 如果 PDN 阻抗很小(趋近短路),信号大部分被它分流到地了,端口二收到的就少

端口二收到多少,直接反映了 PDN 阻抗有多小。换算公式如下:

Z ≈ 50 Ω ÷ 2 × S₂₁ = 25 × S₂₁

注意事项#

地环路抬高低频段#

两根同轴线的屏蔽层(地)在被测点连到一起,又在 VNA 那头连到一起,绕成了一个大地环路。低频时,这个环路里的地电流会串进测量,让低频段的阻抗读数偏高。

措施: 在其中一根线上套一个共模扼流圈,或者用专门的闭环隔离器,打断这个环路。

测试前校准器具#

探头、转接、引线本身也有阻抗。

解法: 测之前要做校准,把参考面改成探头尖端。有时还需要去嵌(de-embed)掉夹具模型。

探点位置和直流偏置#

探点位置: 两个探点之间尽量靠近。

直流偏置: MLCC 有直流偏压降容特性,标称 10 µF 的电容在实际工作电压下可能只剩 3 µF。所以要量得准,最好给 PDN 加上实际工作电压偏置再测,同时用隔直器保护 VNA 的端口。

读阻抗曲线#

频段阻抗尖峰原因对策
低频段稳压器环路带宽不够,或大电容不足优化环路带宽,加大 bulk 电容
中频段中等容值的去耦电容不够或选型不对补充合适容值的 MLCC
中频孤立尖峰反谐振:大电容过了自谐振点呈感性,与旁边仍呈容性的小电容并联谐振选合适的容值梯度,用带一点 ESR 的电容增加谐振的阻尼
高频段板级电容无法再发挥作用了靠封装内电容乃至片上电容,收紧过孔和平面,减小安装电感

示波器的替代测量方案#

反向利用公式来计算路径阻抗:

Z ≈ ΔV ÷ ΔI

给 PDN 注入一个已知的电流阶跃,同时用示波器测量被测点的电压跌落,两者一除就得到对应的等效阻抗,这个结果只是某个基频带内的等效阻抗,无法形成 PDN 曲线。

测试流程#

步骤要点
① 算好目标阻抗电压波动 ÷ 电流波动
② 选对方法毫欧级低阻抗用 VNA 两端口分流法
③ 校准去嵌把参考面推到探尖
④ 打断地环路套一个共模扼流圈
⑤ 探点靠近芯片两尖尽量靠近,加实际直流偏置
⑥ 对照目标阻抗读曲线按对应频段进行优化
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25 测量 PDN 阻抗
https://blog.horoscope.xtkx.site/posts/硬件测试入门/硬件测试入门学习笔记25/
作者
horoscope
发布于
2026-07-19
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0

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