Agilent Digital Measurement Forum All Solutions that Enable Digital Technologies Start At ADMF 使用N6705A实现对数字电路 多路供电和时序上电的验证 Page 1 数字电路设计中对电源部分的要求： 数字电路设计中对电源部分的要求： • 设计FPGA电路或其他类型数字电路有时，必须非常重视电源问题，从而使 最终产品能在所有可能的工作条件下无缺陷工作并处于最优状态。通常对电 源部分的设计需要主要考虑以下两个问题： – 数字电路多路上电时序和上电斜率的验证 验证不同上电顺序和不同上电斜率下，电路的启动特性，为电源设计提出指标要 求 – 子电路功耗分析 分析各子电路部分的功耗情况，为优化电源功耗及工作时间 Page 2 典型FPGA芯片的上电时序要求 问题的提出：在FPGA或其他数字电路的测试中, 需要提供多路电源以正确 的序列电压给芯片组件加电是非常重要的，通常在开机后的几毫秒内 使芯片实现正确的功能。不正确的上电序列可能导致芯片不能起动， 或者诱发额外的电流损耗 设计验证的要求：需要一套多路的电源系统，通过改变其输出顺序和电压 上电斜率，了解电路的启动特性，为电源设计提出指标要求 传统的测试方法：用多台电源、开关和控制器构成一套系统 存在的问题：高硬件和软件开发成本，大体积 Page 3 例子：FPGA电路正确启动时的电源要求 VCCINT = Core Supply 1.2V VCCAUX = Auxiliary Supply 2.5V VCCO = I/O Supply 3.3V VINTF = Interface Supply 12V Power Supply FPGA Circuit Vccint Ch1 Vccaux Ch2 Vcco Ch3 Vintf Ch4 1ms delay between each channel Page 4 N6705A 直流分析仪 为研发工程师大幅度提高工作效率 单台仪器中整合多种测试仪器的功能 • 1 至 4 路高性能电源输出 • 数字电压表和电流表 • 带功率输出的任意波形发生器 • 示波器 • 数据采集 • 所有的测量和功能都能通过前面板实 现 短时间内快速详细的掌握在各种情况下DUT的工作情况 而不需要写一行代码! Page 5 Module Dependent Agilent N6705A 结构和关键指标 输出通道数: 1 - 4 DC 电源模块 总输出功率: 600 W (4路功率的总和) 单路最大电流: 20 A 单路最大电压: 100 V; can put in series for higher V 单路输出的功率: 电流测量精度: 示波器: Arb 带宽: 数据纪录仪采集间隔: 内部纪录长度: Page 6 50 W, 100 W, 300 W Up to 0.5% + 0.1μA (Ultra Precision module) Up to 0.1 % + 20 mA (Hi-Performance module) 50 kHz 数字化仪, 4096 pts, up to 18 bits Up to 3600 Hz (Hi-Perf), up to 260 Hz (Basic) 1 ms – 1s 最大64 MB, non-volatile 使用N6705A对FPGA电路上电需求的验证 Solution: N6705A output sequencing was used to precisely time the individual power inputs to the board isolating the problem and helping to define the PC power supply turn-on sequence requirements Output sequencing setup • Output 4: 12V comes on first (0ms delay) • Output 2, 3: 3.3V and 2.5 Vfollows 1ms later • Output 1: 1.8V turns on 2ms later • Experiment with settings to isolate problem Page 7 Scope view • Shows turn-on sequence • 12V 2.5V & 3.3V must always be > 1.8V 不正确的上电顺序会导致额外的电流消耗 在N6705A上直接观 察通道1输出电流波形 ，可以看到启动瞬间 的额外电流脉冲 Vccint 在Vccaux之前上电，或与其 同时上电，FPGA将消耗过多的内 核电流，如右图所示。这一过度的 电流拖曳将更快降低电池寿命，并 强制负责功率分配的设计工程师选 择更高电流和功率的调整器 Page 8 使用N6705A提供正确的上电顺序 按照指标要求设置正确 的上电顺序，可以看到 通道1的电流消耗值基本 平稳，未出现额外的电 流脉冲 Page 9 使用N6705A改变电压上升斜率 Page 10 适合上电序列验证的电源模块： 高性能/高精度电源模块 专为产生高速电压变化而设计: 50W High Performance/Precision DC Power Module 100W High Performance/Precision DC Power Module For sequencing power up testing and applications requiring very precision power sequence and high ramping rate N675x/6xA 高性能/高精度电源模块 高速电压变化，0～50V在1.8ms内完成，可以精 确控制多路供电之间的上电时序，毫秒级时间分 辨率准确控制上电、断电先后顺序。N676xA高 精度模块还可以同时观察输出电流波形，并进行 高精度测量！ For accurate power on sequence verification Page 11 使用N6705A对数字电路进行功耗分析 配置: N6705A 加高精度测量电源模块（如N6761/62A） • 提供高精度电压电流测量功能，测量精度最高达到100nA • 同时测量输出电压，电流，功率值 • 提供触发功能捕捉电压跳变时刻的电流波形 Meter View V, A, and W displayed N6762A电源模块捕捉电流脉冲 • Autoranging • 100W, 50V, 3A max Page 12 Scope View with markers Actual screenshots 长时间电压电流记录功能 适合耗电流分析的电源模块： 高精度电源模块!!! 专为耗电流分析测试: 50 W Precision DC Power Module 100 W Precision DC Power Module • For semiconductor testing and applications requiring precision in the milli- and microampere region N6761/62A 高精度电源模块 Two internal A/D converters can measure voltage/current/power in same time. Sample rate up to 50KSa/s. With Opt.2uA, current measurement accuracy can go up to 100nA!!! For small current measurement and power consumption analysis Page 13 N6705A 创造了历史纪录 一年内获得 7 项大奖 www.agilent.com/find/N6705awards Page 14 安捷伦系统直流电源系列 • 43年的测试电源开发和生产的经验 • 200 种以上的型号，功率 40 W to 6.6 kW! Multiple Output 6600 W 150 W / ch 5000 W 2000 W 50-300 W / ch 40-100 W 1500 W New! Power & Performance New! 500 W Special features 200 W Fast, Low Noise 100 W 40 W Page 15 Single Output Handset Test 总结 N6705A 前所未有的创新: 在一个系统中，集成了4个高品质的电源、 数字表、示波器、任意波形发生器、数据记录和 强大的测量功能。 可以为数字电路多路供电提供 指标验证，并精确分析电路功耗 天堑变通途! Page 16