Problém merania hluku napájacieho zdroja osciloskopu
V procese analýzy šumu napájacieho zdroja je klasickejšou metódou použitie osciloskopu na pozorovanie priebehu šumu napájacieho zdroja a meranie jeho amplitúdy, aby sa určil zdroj hluku napájacieho zdroja. S postupným znižovaním napätia digitálnych zariadení a postupným zvyšovaním prúdu sa však návrh napájacieho zdroja stáva zložitejším a na vyhodnotenie šumu napájacieho zdroja je potrebné použiť efektívnejšie testovacie metódy. Tento článok je prípadom použitia metódy frekvenčnej domény na analýzu šumu napájacieho zdroja. Keď poruchu nie je možné lokalizovať pozorovaním priebehu časovej domény, vykoná sa časovo-frekvenčná konverzia pomocou metódy FFT (Fast Fourier Transform) a priebeh šumu zdroja v časovej doméne sa prevedie na analýzu do frekvenčnej oblasti. Pri ladení obvodu môže sledovanie charakteristík signálu z perspektívy časovej a frekvenčnej oblasti efektívne urýchliť proces ladenia.
Počas procesu ladenia jednej dosky sa zistilo, že šum napájacieho zdroja siete dosiahol 80 mv, čo presahovalo požiadavky zariadenia. Aby zariadenie mohlo pracovať stabilne, musí sa znížiť hluk napájacieho zdroja.
Pred ladením tejto poruchy si prečítajte zásady potláčania šumu napájacieho zdroja. Rôzne frekvenčné pásma v rozvodnej sieti využívajú rôzne komponenty na potlačenie hluku. Oddeľovacie komponenty zahŕňajú moduly regulácie výkonu (VRM), oddeľovacie kondenzátory, páry uzemňovacej roviny napájania PCB, balíky zariadení a čipy. VRM obsahuje napájací čip a periférnu výstupnú kapacitu, ktorá pracuje približne od jednosmerného prúdu po nízku frekvenciu (okolo 100K). Jeho ekvivalentný model je dvojzložkový model pozostávajúci z rezistora a induktora. Na úplné pokrytie stredofrekvenčného pásma (okolo 10K až 100M) je najlepšie použiť oddeľovacie kondenzátory s kondenzátormi viacerých rádov. Vzhľadom na existenciu indukčnosti vedenia a indukčnosti obalu, aj keď je na sebe naskladaných veľký počet oddeľovacích kondenzátorov, bude ťažké fungovať pri vyšších frekvenciách. Zemná plocha napájacieho zdroja DPS tvorí doskový kondenzátor, ktorý má tiež oddeľovací efekt, približne desiatky megabajtov. Obaly a čipy sú zodpovedné za vysokofrekvenčné pásma (nad 100M). Súčasné špičkové zariadenia vo všeobecnosti pridávajú do balenia oddeľovacie kondenzátory. V tomto čase môže byť rozsah oddelenia na PCB znížený na desiatky megabajtov alebo dokonca niekoľko megabajtov. Preto, keď prúdové zaťaženie zostane nezmenené, musíme len určiť, v ktorom frekvenčnom pásme sa objaví napäťový šum, a potom optimalizovať oddeľovacie komponenty zodpovedajúce tomuto frekvenčnému pásmu. Dva oddeľovacie prvky budú spolupracovať v susedných frekvenčných pásmach, takže pri analýze kritických bodov oddeľovacích prvkov treba brať do úvahy aj oddeľovacie prvky v susedných frekvenčných pásmach.
Na základe tradičných skúseností s ladením napájacieho zdroja boli do siete najprv pridané niektoré oddeľovacie kondenzátory, aby sa zvýšila impedančná rezerva napájacej siete, aby sa zabezpečilo, že impedancia napájacej siete v strednom frekvenčnom pásme bude vyhovovať potrebám aplikácie. scenár. Výsledkom je len niekoľko mV zníženie zvlnenia, minimálne zlepšenie. Existuje niekoľko možností pre tento výsledok: 1. Šum je na nízkej frekvencii a nie je v rozsahu týchto oddeľovacích kondenzátorov; 2. Pridanie kapacity ovplyvňuje charakteristiky slučky regulátora výkonu VRM a zníženie impedancie spôsobené kapacitou súvisí s VRM. Zhoršenie je kompenzované. S ohľadom na túto otázku sme zvážili použitie funkcie analýzy frekvenčnej domény osciloskopu na zobrazenie spektrálnych charakteristík hluku napájacieho zdroja a lokalizáciu zdroja problému.
Funkcia analýzy frekvenčnej oblasti osciloskopu sa realizuje pomocou Fourierovej transformácie. Podstatou Fourierovej transformácie je, že akákoľvek sekvencia časovej domény môže byť vyjadrená ako nekonečná superpozícia sínusových signálov rôznych frekvencií. Analyzujeme informácie o frekvencii, amplitúde a fáze týchto sínusových vĺn, čo je metóda analýzy, ktorá prepína signál v časovej doméne do frekvenčnej oblasti. Sekvencia vzorkovaná digitálnym osciloskopom je diskrétna sekvencia, takže v našej analýze sa najčastejšie používa rýchla Fourierova transformácia (FFT). Algoritmus FFT je optimalizovaný z algoritmu diskrétnej Fourierovej transformácie (DFT). Množstvo výpočtov sa zníži o niekoľko rádov a čím viac bodov je potrebné vypočítať, tým väčšia bude úspora pri výpočtoch.
