你的电源“免疫力”够强吗？芯片稳定运行的关键指标：PSRR

在芯片制程不断微缩、工作电压持续走低、算力要求指数级增长的今天，电源系统的纯净与稳定已不再是锦上添花，而是系统可靠性的生命线。电源轨上微小的纹波噪声，足以让精密的AI算法产生偏差，或使关键的汽车控制信号发生误判。

衡量电源系统抵御这种“干扰感染”能力的关键指标，正是电源抑制比（Power Supply Rejection Ratio，简称PSRR）。这个参数正成为从消费电子到汽车工业，再到人工智能领域，工程师们选型和评估电源管理方案时不可或缺的“体检报告”。

何为PSRR？

电源的输入端暴露在充满各种电气噪声的环境中。这些噪声可能来自电源自身的开关动作、附近高速数字电路的串扰，或是时钟信号的耦合。PSRR量化了电源系统抵御这些输入噪声，保持输出端“健康纯净”的能力。

其定义严谨而直观：PSRR是电源输入纹波与输出纹波比值的对数，单位为分贝。

其中Vripple（in）是输入端的纹波，Vripple（out）是输出端的纹波。

一个更高的PSRR值，意味着电源拥有更强的“免疫力”，输出端受输入端杂乱噪声的影响更小。在相同的电路设计中，选用PSRR值更高的电源芯片，意味着能得到更“干净”的电力供应。

PSRR测试应用

PSRR在电源管理芯片（PMIC）中应用广泛，覆盖包括电源稳压器、放大器等器件或电路的性能评估。尤其在当今典型的系统为处理器（如GPUs, SoCs, FPGAs）、高速串行接口（如SerDes，PCIe，USB）、高速并行数据（如DDR、LPDDR、GDDR）以及多路电源同时工作的需要稳定电源供应且对电源干扰抑制力较高的低压供电场景中，PSRR的测试已广泛应用于精密工业、汽车电子、医疗设备以及正蓬勃发展的人工智能等行业中。

• 精密工业在电源稳压器尤其是在LDO电源电路设计与应用中，对其PSRR性能的测试有助于为精密低压差电源供应的电源稳定性提供评估参考。如下图展示的一款用于手机摄像头、可穿戴设备等上的LDO芯片datasheet上列出的必要的PSRR项目指标。

• 汽车电子系统中，车规级电源器件必须在振动、温度变化及复杂电磁环境下万无一失。PSRR测量是评估这些电源系统能否在严苛工况下保持稳定工作特性的关键验证环节，直接关系到功能安全。

• 医疗设备中，PSRR的测量可以帮助评估电源噪声对医疗设备精度和稳定性的影响,  以最大程度减少电源噪声造成的干扰,  确保医疗设备的可靠和 安全以实现精确的读数和诊断。

• AI芯片的工作电压已呈现极低的电压供电趋势，同时又承载着巨大的计算吞吐量。电源轨上任何微小的纹波噪声，都可能导致计算数据失真、算法出错，或直接影响功耗管理与能效优化。对于一颗追求极致能效比的AI芯片而言，高PSRR的电源是其稳定释放算力的基础保障。

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。

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。

如何精准“诊断”PSRR？

理论上，测量PSRR需要向电源输入端注入一个扫频的纹波信号，然后同步精准地测量输入与输出端的残余纹波，并计算得出在整个频率范围内的抑制比曲线。

实践中的挑战在于“精准”二字。随着工作频率提升至兆赫兹范围，待测的纹波信号可能微小至微伏级别。这要求测量系统本身具备：

■ 极低的本底噪声：测试仪器自身的噪声必须远低于被测信号，否则将“淹没”真实数据。

■ 高分辨率与精度：能够清晰分辨和测量出微小的电压变化。

■ 完整的系统方案：包括纯净的信号源、高保真的注入设备、以及能进行精确数学分析的软件。

一套不利的测试方案，可能导致测量结果不准，无法真实反映芯片性能，甚至延误产品研发和上市周期。

泰克科技完整PSRR测试方案

该方案的核心是高性能示波器与专业电源轨探头的组合。新一代示波器前端采用了创新设计，在测量微小电压档位时，其本底噪声较前代产品显著降低，为捕捉微伏级纹波提供了可能。专用的电源轨探头能够以极低的噪声和负载效应，从芯片引脚直接提取真实的电源信号。

测试时，由示波器内置函数发生器产生所需的扫频信号，经线性注入器耦合到被测电源的输入端。随后，示波器同步采集输入和输出端的纹波，并通过内置的PSRR分析功能，自动计算、绘制出完整的PSRR随频率变化的曲线。

这套集成化方案将复杂的测试流程简化，确保了测量的一致性与可重复性。它既能帮助电源芯片设计者精准表征产品性能，生成可靠的数据手册，也能助力下游系统工程师进行严谨的选型验证，从源头确保最终产品的电源系统稳健可靠。