Измерение частотной области осциллографа. Проблема измерения шума источника питания.
В процессе анализа шума источника питания более классический метод заключается в использовании осциллографа для наблюдения за формой сигнала шума источника питания и измерения его амплитуды, чтобы определить источник шума источника питания. Однако по мере того, как напряжение цифровых устройств постепенно снижается, а ток постепенно увеличивается, проектирование источника питания становится более сложным, и для оценки шума источника питания необходимо использовать более эффективные методы тестирования. Эта статья представляет собой случай использования метода частотной области для анализа шума источника питания. Если неисправность не может быть обнаружена путем наблюдения формы сигнала во временной области, преобразование время-частота выполняется с помощью метода БПФ (быстрого преобразования Фурье), а форма шума источника питания во временной области преобразуется в частотную область для анализа. При отладке схемы просмотр характеристик сигнала во временной и частотной областях может эффективно ускорить процесс отладки.
В процессе отладки одной платы было обнаружено, что шум источника питания сети достиг 80 мВ, что превысило требования к устройству. Чтобы обеспечить стабильную работу устройства, необходимо уменьшить шум источника питания.
Прежде чем устранять эту неисправность, ознакомьтесь с принципами подавления помех источника питания. В разных диапазонах частот в распределительной сети используются разные компоненты для подавления шума. К компонентам развязки относятся модули регулирования мощности (VRM), развязывающие конденсаторы, пары заземления печатной платы, корпуса устройств и микросхемы. VRM включает в себя силовой чип и периферийную выходную емкость, которая работает примерно от постоянного тока до низкой частоты (около 100 К). Его эквивалентной моделью является двухкомпонентная модель, состоящая из резистора и катушки индуктивности. Лучше всего использовать развязывающие конденсаторы с конденсаторами нескольких порядков, чтобы полностью охватить полосу средних частот (от 10К до 100М). Из-за наличия индуктивности проводки и индуктивности корпуса, даже если установлено большое количество развязывающих конденсаторов, будет сложно работать на более высоких частотах. Заземляющая плоскость источника питания печатной платы образует пластинчатый конденсатор, который также имеет развязывающий эффект, примерно в десятки мегабайт. Корпус чипа и чипы отвечают за высокочастотные диапазоны (выше 100М). Современные высокопроизводительные устройства обычно добавляют в корпус развязывающие конденсаторы. При этом дальность развязки на печатной плате может быть уменьшена до десятков или даже нескольких мегабайт. Поэтому, когда токовая нагрузка остается неизменной, нам нужно только определить, в какой полосе частот появляется шум напряжения, а затем оптимизировать компоненты развязки, соответствующие этой полосе частот. Два элемента развязки будут взаимодействовать в соседних полосах частот, поэтому элементы развязки в соседних полосах частот также необходимо учитывать при анализе критических точек элементов развязки.
Основываясь на традиционном опыте отладки источников питания, в сеть сначала были добавлены некоторые развязывающие конденсаторы, чтобы увеличить запас импеданса сети электропитания и гарантировать, что импеданс сети электропитания в полосе средних частот может удовлетворить потребности приложения. сценарий. В результате пульсации уменьшаются всего на несколько мВ, что является минимальным улучшением. Существует несколько возможностей получения такого результата: 1. Шум имеет низкую частоту и находится за пределами диапазона действия этих развязывающих конденсаторов; 2. Добавление емкости влияет на характеристики контура регулятора мощности VRM, а уменьшение импеданса, вызванное емкостью, связано с VRM. Ухудшение компенсируется. Учитывая этот вопрос, мы рассмотрели возможность использования функции анализа частотной области осциллографа для просмотра спектральных характеристик шума источника питания и определения источника проблемы.
Функция анализа частотной области осциллографа реализуется посредством преобразования Фурье. Суть преобразования Фурье заключается в том, что любую последовательность во временной области можно выразить как бесконечную суперпозицию синусоидальных сигналов разных частот. Мы анализируем информацию о частоте, амплитуде и фазе этих синусоидальных волн, что представляет собой метод анализа, который переключает сигнал временной области в частотную область. Последовательность, выбранная цифровым осциллографом, является дискретной последовательностью, поэтому в нашем анализе чаще всего используется быстрое преобразование Фурье (БПФ). Алгоритм БПФ оптимизирован на основе алгоритма дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Объем вычислений сокращается на несколько порядков, и чем больше точек необходимо рассчитать, тем больше экономия в расчетах.
