Oscilloskop frekvensdomene måling strømforsyning støymåling problem
I prosessen med å analysere strømforsyningsstøy er den mer klassiske metoden å bruke et oscilloskop for å observere strømforsyningens støybølgeform og måle dens amplitude, for å bestemme kilden til strømforsyningsstøyen. Men ettersom spenningen til digitale enheter gradvis avtar og strømmen gradvis øker, blir strømforsyningsdesign vanskeligere, og mer effektive testmetoder må brukes for å evaluere strømforsyningsstøy. Denne artikkelen handler om bruk av frekvensdomenemetoden for å analysere strømforsyningsstøy. Når feilen ikke kan lokaliseres ved å observere tidsdomenebølgeformen, utføres tids-frekvenskonvertering gjennom FFT (Fast Fourier Transform)-metoden, og støybølgeformen for tidsdomenestrømforsyningen konverteres til frekvensdomenet for analyse. Når du feilsøker kretsen, kan det å se signalkarakteristikkene fra tidsdomene- og frekvensdomeneperspektivet effektivt fremskynde feilsøkingsprosessen.
Under enkeltkorts feilsøkingsprosessen ble det funnet at strømforsyningsstøyen til et nettverk nådde 80mv, noe som oversteg enhetskravene. For å sikre at enheten kan fungere stabilt, må strømforsyningsstøyen reduseres.
Før du feilsøker denne feilen, se gjennom prinsippene for støydemping fra strømforsyningen. Ulike frekvensbånd i kraftdistribusjonsnettverket bruker forskjellige komponenter for å undertrykke støy. Frakoblingskomponenter inkluderer strømreguleringsmoduler (VRM), avkoblingskondensatorer, PCB-strømjordplanpar, enhetspakker og brikker. VRM inkluderer en strømbrikke og perifer utgangskapasitans, som opererer omtrent fra likestrøm til lav frekvens (rundt 100K). Dens tilsvarende modell er en to-komponent modell som består av en motstand og en induktor. Det er best å bruke avkoblingskondensatorer med kondensatorer av flere størrelsesordener for å dekke midtfrekvensbåndet (rundt 10K til 100M). På grunn av eksistensen av ledningsinduktans og pakkeinduktans, selv om et stort antall avkoblingskondensatorer er stablet, vil det være vanskelig å fungere ved høyere frekvenser. PCB-strømforsyningens jordplan danner en platekondensator, som også har en frakoblingseffekt, omtrent titalls megabyte. Brikkeemballasje og brikker er ansvarlige for høyfrekvensbånd (over 100M). Nåværende avanserte enheter legger vanligvis avkoblingskondensatorer til pakken. På dette tidspunktet kan avkoblingsområdet på PCB-en reduseres til titalls megabyte eller til og med flere megabyte. Derfor, når strømbelastningen forblir uendret, trenger vi bare å bestemme hvilket frekvensbånd spenningsstøyen opptrer i, og deretter optimalisere avkoblingskomponentene som tilsvarer dette frekvensbåndet. De to frakoblingselementene vil samvirke i tilstøtende frekvensbånd, så avkoblingselementene i tilstøtende frekvensbånd må også tas i betraktning når de kritiske punktene til frakoblingselementene analyseres.
Basert på tradisjonell strømforsyningsfeilsøkingserfaring, ble noen avkoblingskondensatorer først lagt til nettverket for å øke impedansmarginen til strømforsyningsnettverket for å sikre at impedansen til strømforsyningsnettverket i mellomfrekvensbåndet kunne møte behovene til applikasjonen scenario. Resultatet er bare noen få mV reduksjon i krusning, en minimal forbedring. Det er flere muligheter for dette resultatet: 1. Støyen er ved lav frekvens og er ikke innenfor rekkevidden til disse avkoblingskondensatorene; 2. Å legge til kapasitans påvirker sløyfekarakteristikkene til effektregulatoren VRM, og impedansreduksjonen forårsaket av kapasitansen er relatert til VRM. Forverringen utlignes. Med dette spørsmålet i tankene vurderte vi å bruke frekvensdomeneanalysefunksjonen til oscilloskopet for å se de spektrale egenskapene til strømforsyningsstøyen og finne kilden til problemet.
Frekvensdomeneanalysefunksjonen til oscilloskopet realiseres gjennom Fourier-transformasjon. Essensen av Fourier-transformasjon er at enhver tidsdomenesekvens kan uttrykkes som en uendelig superposisjon av sinusbølgesignaler med forskjellige frekvenser. Vi analyserer frekvens, amplitude og faseinformasjon til disse sinusbølgene, som er en analysemetode som bytter tidsdomenesignalet til frekvensdomenet. Sekvensen samplet av et digitalt oscilloskop er en diskret sekvens, så Fast Fourier Transform (FFT) er mest brukt i vår analyse. FFT-algoritmen er optimalisert fra algoritmen Discrete Fourier Transform (DFT). Mengden av beregninger reduseres med flere størrelsesordener, og jo flere poeng som må beregnes, desto større besparelser i beregninger.
