Oscilloskop frekvens domæne måling strømforsyning støj måling problem
I processen med at analysere strømforsyningsstøj er den mere klassiske metode at bruge et oscilloskop til at observere strømforsyningens støjbølgeform og måle dens amplitude for at bestemme kilden til strømforsyningsstøjen. Men da spændingen af digitale enheder gradvist falder, og strømmen gradvist stiger, bliver strømforsyningsdesign vanskeligere, og mere effektive testmetoder skal bruges til at evaluere strømforsyningsstøj. Denne artikel handler om at bruge frekvensdomænemetoden til at analysere strømforsyningsstøj. Når fejlen ikke kan lokaliseres ved at observere tidsdomænebølgeformen, udføres tids-frekvenskonvertering gennem FFT-metoden (Fast Fourier Transform), og tidsdomænets strømforsyningsstøjbølgeform konverteres til frekvensdomænet til analyse. Ved fejlretning af kredsløbet kan visning af signalkarakteristika fra tidsdomæne- og frekvensdomæneperspektivet effektivt fremskynde fejlretningsprocessen.
Under enkeltkort-fejlretningsprocessen blev det konstateret, at strømforsyningsstøjen fra et netværk nåede 80mv, hvilket oversteg enhedskravene. For at sikre, at enheden kan fungere stabilt, skal strømforsyningsstøjen reduceres.
Inden du fejlfinder denne fejl, skal du gennemgå principperne for undertrykkelse af strømforsyningsstøj. Forskellige frekvensbånd i strømdistributionsnetværket bruger forskellige komponenter til at undertrykke støj. Afkoblingskomponenter omfatter effektreguleringsmoduler (VRM), afkoblingskondensatorer, PCB strømjordplanspar, enhedspakker og chips. VRM inkluderer en strømchip og perifer udgangskapacitet, som fungerer cirka fra DC til lav frekvens (omkring 100K). Dens tilsvarende model er en to-komponent model bestående af en modstand og en induktor. Det er bedst at bruge afkoblingskondensatorer med kondensatorer af flere størrelsesordener for fuldt ud at dække mellemfrekvensbåndet (omkring 10K til 100M). På grund af eksistensen af ledningsinduktans og pakkeinduktans vil det, selvom et stort antal afkoblingskondensatorer er stablet, være vanskeligt at fungere ved højere frekvenser. PCB-strømforsyningens jordplan danner en pladekondensator, som også har en afkoblingseffekt, cirka snesevis af megabyte. Chipemballage og chips er ansvarlige for højfrekvensbånd (over 100M). Nuværende avancerede enheder tilføjer generelt afkoblingskondensatorer til pakken. På dette tidspunkt kan afkoblingsområdet på printkortet reduceres til snesevis af megabyte eller endda flere megabyte. Når strømbelastningen forbliver uændret, skal vi derfor kun bestemme, hvilket frekvensbånd spændingsstøjen optræder i, og derefter optimere de afkoblingskomponenter, der svarer til dette frekvensbånd. De to afkoblingselementer vil samarbejde i tilstødende frekvensbånd, så afkoblingselementerne i tilstødende frekvensbånd skal også tages i betragtning, når de kritiske punkter for afkoblingselementerne analyseres.
Baseret på traditionel strømforsyningsfejlfindingserfaring blev nogle afkoblingskondensatorer først tilføjet netværket for at øge impedansmarginen af strømforsyningsnetværket for at sikre, at impedansen af strømforsyningsnetværket i mellemfrekvensbåndet kunne opfylde applikationens behov scenarie. Resultatet er kun et par mV-reduktion i krusning, en minimal forbedring. Der er flere muligheder for dette resultat: 1. Støjen er ved lav frekvens og er ikke inden for rækkevidden af disse afkoblingskondensatorer; 2. Tilføjelse af kapacitans påvirker sløjfeegenskaberne for effektregulatoren VRM, og impedansreduktionen forårsaget af kapacitansen er relateret til VRM. Forringelsen udlignes. Med dette spørgsmål i tankerne overvejede vi at bruge oscilloskopets frekvensdomæneanalysefunktion til at se de spektrale karakteristika af strømforsyningsstøjen og lokalisere kilden til problemet.
Oscilloskopets frekvensdomæneanalysefunktion realiseres gennem Fourier-transformation. Essensen af Fourier-transformation er, at enhver tidsdomænesekvens kan udtrykkes som en uendelig superposition af sinusbølgesignaler med forskellige frekvenser. Vi analyserer disse sinusbølgers frekvens, amplitude og faseinformation, som er en analysemetode, der skifter tidsdomænesignalet til frekvensdomænet. Sekvensen samplet af et digitalt oscilloskop er en diskret sekvens, så Fast Fourier Transform (FFT) er mest almindeligt anvendt i vores analyse. FFT-algoritmen er optimeret fra algoritmen Discrete Fourier Transform (DFT). Mængden af beregninger reduceres med flere størrelsesordener, og jo flere point der skal beregnes, jo større er besparelsen i beregninger.
