Problem mjerenja buke napajanja osciloskopom mjerenja frekvencijske domene
U procesu analize buke napajanja, klasičnija metoda je korištenje osciloskopa za promatranje valnog oblika buke napajanja i mjerenje njegove amplitude, kako bi se odredio izvor buke napajanja. Međutim, kako se napon digitalnih uređaja postupno smanjuje, a struja postupno povećava, projektiranje napajanja postaje sve teže i potrebno je koristiti učinkovitije metode ispitivanja za procjenu buke napajanja. Ovaj članak je slučaj korištenja metode frekvencijske domene za analizu buke napajanja. Kada se greška ne može locirati promatranjem valnog oblika vremenske domene, vremensko-frekvencijska pretvorba se izvodi putem metode FFT (Fast Fourier Transform), a valni oblik šuma napajanja u vremenskoj domeni pretvara se u frekvencijsku domenu za analizu. Prilikom otklanjanja pogrešaka u krugu, promatranje karakteristika signala iz perspektive vremenske i frekvencijske domene može učinkovito ubrzati proces otklanjanja pogrešaka.
Tijekom procesa otklanjanja pogrešaka na jednoj ploči, otkriveno je da je šum napajanja mreže dosegao 80 mv, što je premašilo zahtjeve uređaja. Kako bi se osigurao stabilan rad uređaja, mora se smanjiti buka napajanja.
Prije otklanjanja greške ovog kvara, pregledajte principe potiskivanja buke napajanja. Različiti frekvencijski pojasevi u mreži za distribuciju električne energije koriste različite komponente za suzbijanje buke. Komponente za odvajanje uključuju module za regulaciju snage (VRM), kondenzatore za odvajanje, parove uzemljenja PCB-a, pakete uređaja i čipove. VRM uključuje naponski čip i periferni izlazni kapacitet, koji radi približno od istosmjerne do niske frekvencije (oko 100 K). Njegov ekvivalentni model je dvokomponentni model koji se sastoji od otpornika i induktora. Najbolje je koristiti kondenzatore za odvajanje s kondenzatorima višestrukih redova veličine kako bi se u potpunosti pokrio srednji frekvencijski pojas (oko 10K do 100M). Zbog postojanja induktiviteta ožičenja i induktiviteta paketa, čak i ako se nasloži veliki broj kondenzatora za odvajanje, bit će teško funkcionirati na višim frekvencijama. Ploča uzemljenja PCB napajanja tvori pločasti kondenzator, koji također ima učinak odvajanja, otprilike desetke megabajta. Pakiranje čipova i čipovi odgovorni su za visokofrekventne pojaseve (iznad 100M). Trenutačni vrhunski uređaji općenito dodaju kondenzatore za odvajanje u paket. U ovom trenutku, raspon odvajanja na PCB-u može se smanjiti na desetke megabajta ili čak nekoliko megabajta. Stoga, kada trenutno opterećenje ostaje nepromijenjeno, trebamo samo odrediti u kojem se frekvencijskom pojasu pojavljuje šum napona, a zatim optimizirati komponente razdvajanja koje odgovaraju tom frekvencijskom pojasu. Dva elementa za razdvajanje će surađivati u susjednim frekvencijskim pojasima, tako da se elementi za razdvajanje u susjednim frekvencijskim pojasima također moraju uzeti u obzir pri analizi kritičnih točaka elemenata za razdvajanje.
Na temelju tradicionalnog iskustva s otklanjanjem pogrešaka u opskrbi električnom energijom, neki kondenzatori za odvajanje su prvo dodani u mrežu kako bi se povećala margina impedancije mreže za napajanje kako bi se osiguralo da impedancija mreže za napajanje u srednjem frekvencijskom pojasu može zadovoljiti potrebe aplikacije. scenarij. Rezultat je samo nekoliko mV smanjenje valovitosti, minimalno poboljšanje. Postoji nekoliko mogućnosti za ovaj rezultat: 1. Šum je na niskoj frekvenciji i nije unutar raspona ovih kondenzatora za odvajanje; 2. Dodavanje kapacitivnosti utječe na karakteristike petlje regulatora snage VRM, a smanjenje impedancije uzrokovano kapacitivnošću povezano je s VRM-om. Pogoršanje je nadoknađeno. Imajući ovo pitanje na umu, razmotrili smo korištenje funkcije analize frekvencijske domene osciloskopa za pregled spektralnih karakteristika buke napajanja i lociranja izvora problema.
Funkcija analize frekvencijske domene osciloskopa ostvaruje se pomoću Fourierove transformacije. Bit Fourierove transformacije je da se bilo koja sekvenca vremenske domene može izraziti kao beskonačna superpozicija signala sinusnog vala različitih frekvencija. Analiziramo informacije o frekvenciji, amplitudi i fazi ovih sinusnih valova, što je metoda analize koja prebacuje signal vremenske domene u frekvencijsku domenu. Sekvenca koju uzorkuje digitalni osciloskop je diskretna sekvenca, pa se u našoj analizi najčešće koristi brza Fourierova transformacija (FFT). FFT algoritam je optimiziran iz algoritma diskretne Fourierove transformacije (DFT). Količina izračuna smanjuje se za nekoliko redova veličine, a što više točaka treba izračunati, veća je ušteda u izračunima.
