本课程以产品研制定型转产时刻为切入点，到批产合格出厂，以批量产品的实现进程（含持续的问题反馈和改进提升）为主线，将各个环节所需要的检测检验技术、工具、操作注意事项技术点等进行系统归纳整理，形成课程方案。

　　通过本课程，可以快速系统的掌握制程过程检验检测技术，为企业出厂产品批次性的质量稳定可靠保驾护航。

　　如下图1所示为本模块的电路原理图，具体可以简化为输入部分、控制部分、输出部分以及反馈部分。输入部分：电容C1、C2、C3以及R1；控制部分:MP4420H芯片以及自举电路C5、R5；输出部分：电感L1、电容C6、C7以及C8。反馈部分：电阻R3、R4以及R2。

　　本模块需要实现一个DC-DC的电源转换功能，其输入为12V，输出为3.3V/2A。选择MP4420H这款芯片，MP4420H的输入范围为4V-36V之间，输出电压范围为0.8V-32.4V，最大输出电流2A。MP4420H的特点有：内置两只开关管且采用同步BUCK的技术、开关频率为450KHZ、内部实现软启动、占空比最大可达到95%以及热关断等。如图2所示为其引脚图。

　　BST: 自举引脚端，需要在SW和BST引脚之间连接一个电容以形成浮动电压来驱动MP4420H内上端的开关管。自举电容建议串联一个20欧姆电阻以降低SW尖峰电压。

　　为输出电流2A，fs为开关频率450KHZ，Cin为输入电容，Vout为输出电压3.3V，Vin为输入电压12V。本模块选用MP4420H数据手册中推荐的22uF的贴片陶瓷电容，可计算出为44mV。选择两个风华牌10uF/25V的C1和C2贴片陶瓷电容并联，再并联一个电容C3大小为10nF/25V的小电容以滤除输入直流电压中夹杂的高频信号。

　　输出滤波电容值可通过计算得到，但是一般在选择电容值的时候通常会选择1.2-2倍计算出的电容值或者更大的电容量，在PCB面积允许的条件下最好多个电容并联。由于输出滤波电容和输出电感会形成两个极点，这会导致电路输出不正常，具体表现为输出纹波较大、输出上升沿有强烈的振荡等。所以在选择电容值的时候也要适当考虑电感值。由MP4420H数据手册可知输出电容和以下公式相关：

　　L1为输出滤波电感，ESR为输出电容的内阻。故根据输出纹波的要求可大致得到输出电容的大小，在选择电容的时候一般都会选择电容值更大点的电容。对于开关电源模块，电源自身会产生和开关频率一致的电源纹波，始终叠加在电源上输出。输出纹波也会由输出电容的内阻所引起，不断的给输出电容充放电，充电电流在输出电容的内阻ESR两端就会有压降，这个就会产生输出纹波，所以在选择输出电容的时候尽量选择ESR较小的贴片陶瓷电容而不是电解电容，选择几个电容并联也是为了降低输出内阻，一般都会在输出端并联一个较小的电容一般为nF级别的电容以滤去高频纹波。本模块选择两个100uF/16V和一个100nF/16V的贴片陶瓷电容并联。

　　使能电阻R1的选择，EN/SYNC引脚用来控制芯片是否工作，当其为高电平时，芯片就使能工作；当其为低电平时，芯片就不工作。EN/SYNC引脚有一个6.5V的稳压管，连接一个使能电阻到输入端可以使电路使能，流入使能电阻的电流少于150uA，故本模块的使能电阻

　　反馈部分电阻的选择，MP4420H通过外接反馈电阻形成一个闭环的电路，从而使输出稳定在3.3V。通过R3和R4的分压得到反馈电压，反馈电压和MP4420H内部的比较器做比较，当反馈电压大于内部比较器的参考电压0.8V时，MP4420H内部的开关管关断，切断输入向输出传递能量。数据手册中推荐R3的大小在40KW左右，本模块选择41.3KW。故可得到R4：

　　如图3所示，为芯片的PDN图，芯片的供电环路从稳压模块VRM开始，到PCB的电源网络，芯片的ball引脚，芯片封装的电源网络，最后到达die. 当芯片工作在不同负载时，VRM无法实时响应负载对电流快速变化的需求，在芯片电源电压上产生跌落，从而产生了电源噪声。对于开关电源模块的VRM，电源自身会产生和开关频率一致的电源纹波，始终叠加在电源上输出。对于电源噪声，需要在封装、PCB上使用去耦电容，设计合理的电源地平面，最终滤去电源噪声。对于电源纹波，需要增大BULK电感或者BULK电容。

　　对于板级PCB设计，当频率达到一定频率后，由于走线的ESL、电容的ESL的影响，已经无法滤去高频噪声，业界认为PCB只能处理100MHz以内的噪声，更高频率的噪声需要封装或者die来解决。因此对于板级电源噪声测试，使用带宽500M以上的示波器就足够了。一般情况下，示波器的带宽越大，低噪也会随之上升，因此建议测试电源时示波器的带宽限制为1GHz。

　　电源纹波和电源噪声是一个比较容易混淆的概念，如下图4所示，蓝色波形为电源纹波，红色波形为电源噪声。电源纹波的频率为开关频率的基波和谐波，而噪声的频率成分高于纹波，是由板上芯片高速I/O的开关切换产生的瞬态电流、供电网络的寄生电感、电源平面和地平面之间的电磁辐射等诸多因素产生的。因此，在PMU侧测量电源输出为纹波，而在SINK端（耗电芯片端，如AP、EMMC、MODEM等）测量的是电源噪声。

　　目前芯片的工作频率越来越高，工作电压越来越低，工作电流越来越大，噪声要求也更加苛刻，以MSM8974的CORE核为例，电压为0.9V，电流为3A，要求25MHz时，交流PDN阻抗为22mohm，电源噪声要求在±33mV以内。对于DDR3芯片，要求VREF电源噪声在±1%以内，若1.5V供电，则噪声峰峰值不大于30mV。

　　当 时，，用分贝表示为：，则表示该频段的信号经过滤波器后，按照-20dB/十倍频的斜率衰减；

　　使用无源探头DC耦合测试，示波器内部设置为DC耦合，耦合阻抗为1Mohm，此时无源探头的地线接主板地，信号线接待测电源信号。这种测量方法可以测到除DC以外的电源噪声纹波。

　　对于示波器，若垂直刻度为xV/div，示波器垂直方向为10div，满量程为10xV，示波器采样AD为8位，则量化误差为10x/256 V。例如一个1V电源，噪声纹波为50mV，如果要显示这个信号，需要设置垂直刻度为200mV/div，此时量化误差为7.8mV，如果把直流1V通过offset去掉，只显示纹波噪声信号，垂直刻度设置为10mV即可，此时的量化误差为0.4mV。

　　利用同轴线的测量方法，最准确的是采用DC50欧，但是大部分示波器在DC50欧时offset最大电压为1V，无法满足大部分电源的测量要求，而示波器内部端接阻抗为50欧时，不支持AC耦合，因此需要外置一个AC电容，如图8所示，当串联电容值为10uF时，根据表1可以看到，此时可以准确测试到2KHz以上的纹波噪声信号。

　　由于从PMU出来的电源纹波噪声大多集中在1MHz以内，如果采用同轴线外置隔直电容测量方法，低频噪声分量损失较为严重，因此改用图9所示的测量方法，利用同轴线传输信号，示波器设置为AC1M，这样虽然存在反射，但是反射信号经过较长CABLE线折返传输后，影响是有限的，示波器在R2上采集电压值可以认为仍然可以被参考。

　　图9同轴线M测量图为了避免反射，在同轴线接到示波器的接口处端接一个50ohm电阻，使示波器输入阻抗和cable线特征阻抗匹配。

　　图11示波器内部地线所示，为差分接法，由于差分探头为有源探头，外置差动放大器，可以将待测信号通过差分方式接入，使示波器的地和待测件地隔离开，达到浮地效果。但是差分探头在示波器内部只能DC50欧耦合，而offset最大一般不超过1V，因此需要在差分探头上串联隔直电容。使用差分探头测量时关键是探头的CMRR要足够大，这样才能有效抑制共模噪声。

　　如图20所示为输出电压的纹波，从示波器中可以看出，纹波电压最大值为42mV。图21所示为把纹波时间轴缩小的测试图，从示波器中可以看出，纹波的峰峰值为3.96mV。