Problém měření šumu zdroje osciloskopu
V procesu analýzy šumu napájecího zdroje je klasičtější metodou použití osciloskopu ke sledování průběhu šumu napájecího zdroje a měření jeho amplitudy, aby se určil zdroj šumu napájecího zdroje. S postupným snižováním napětí digitálních zařízení a postupným zvyšováním proudu se však návrh napájecího zdroje stává obtížnějším a pro vyhodnocení šumu napájecího zdroje je třeba použít efektivnější testovací metody. Tento článek je případem použití metody frekvenční domény k analýze šumu napájecího zdroje. Když nelze poruchu lokalizovat pozorováním tvaru vlny v časové oblasti, provede se časově-frekvenční převod pomocí metody FFT (Fast Fourier Transform) a tvar vlny šumu napájecího zdroje v časové oblasti se převede do frekvenční oblasti pro analýzu. Při ladění obvodu může sledování charakteristik signálu z hlediska časové domény a frekvenční oblasti efektivně urychlit proces ladění.
Během procesu ladění jedné desky bylo zjištěno, že hlučnost napájecího zdroje sítě dosáhla 80 mv, což převyšovalo požadavky na zařízení. Aby bylo zajištěno, že zařízení může pracovat stabilně, musí být snížen hluk napájecího zdroje.
Před laděním této poruchy si prostudujte zásady potlačení šumu napájecího zdroje. Různá frekvenční pásma v rozvodné síti využívají různé komponenty k potlačení šumu. Mezi oddělovací komponenty patří moduly regulace výkonu (VRM), oddělovací kondenzátory, páry napájecích zemnících desek PCB, balíčky zařízení a čipy. VRM obsahuje výkonový čip a periferní výstupní kapacitu, která pracuje přibližně od stejnosměrné do nízké frekvence (kolem 100K). Jeho ekvivalentní model je dvousložkový model skládající se z rezistoru a induktoru. Pro plné pokrytí středofrekvenčního pásma (kolem 10K až 100M) je nejlepší použít oddělovací kondenzátory s kondenzátory o více řádech. Vzhledem k existenci indukčnosti vedení a indukčnosti pouzdra, i když je naskládáno velké množství oddělovacích kondenzátorů, bude obtížné fungovat při vyšších frekvencích. Zemnicí plocha zdroje PCB tvoří deskový kondenzátor, který má také oddělovací efekt, přibližně desítky megabajtů. Obaly a čipy jsou zodpovědné za vysokofrekvenční pásma (nad 100M). Současná špičková zařízení obecně přidávají do balení oddělovací kondenzátory. V tomto okamžiku lze rozsah oddělení na desce plošných spojů snížit na desítky megabajtů nebo dokonce několik megabajtů. Když tedy proudová zátěž zůstane nezměněna, stačí pouze určit, ve kterém frekvenčním pásmu se napěťový šum objevuje, a poté optimalizovat oddělovací složky odpovídající tomuto frekvenčnímu pásmu. Dva oddělovací prvky budou spolupracovat v sousedních frekvenčních pásmech, takže při analýze kritických bodů oddělovacích prvků je třeba vzít v úvahu také oddělovací prvky v sousedních frekvenčních pásmech.
Na základě tradičních zkušeností s laděním napájecího zdroje byly do sítě nejprve přidány některé oddělovací kondenzátory, aby se zvýšila impedanční rezerva napájecí sítě, aby se zajistilo, že impedance napájecí sítě ve středofrekvenčním pásmu bude vyhovovat potřebám aplikace. scénář. Výsledkem je pouze několik mV snížení zvlnění, minimální zlepšení. Existuje několik možností pro tento výsledek: 1. Šum je na nízké frekvenci a není v rozsahu těchto oddělovacích kondenzátorů; 2. Přidání kapacity ovlivňuje charakteristiku smyčky regulátoru výkonu VRM a snížení impedance způsobené kapacitou souvisí s VRM. Zhoršení je kompenzováno. S ohledem na tuto otázku jsme zvažovali použití funkce analýzy ve frekvenční oblasti osciloskopu k zobrazení spektrálních charakteristik šumu napájecího zdroje a nalezení zdroje problému.
Funkce analýzy ve frekvenční oblasti osciloskopu je realizována pomocí Fourierovy transformace. Podstatou Fourierovy transformace je, že jakákoli sekvence v časové oblasti může být vyjádřena jako nekonečná superpozice sinusových signálů různých frekvencí. Analyzujeme informace o frekvenci, amplitudě a fázi těchto sinusových vln, což je metoda analýzy, která přepíná signál v časové oblasti do frekvenční oblasti. Sekvence vzorkovaná digitálním osciloskopem je diskrétní sekvence, takže v naší analýze se nejčastěji používá rychlá Fourierova transformace (FFT). Algoritmus FFT je optimalizován z algoritmu diskrétní Fourierovy transformace (DFT). Množství výpočtů je sníženo o několik řádů a čím více bodů je třeba vypočítat, tím větší jsou úspory ve výpočtech.
