Masalah pengukuran kebisingan catu daya pengukuran domain frekuensi osiloskop
Dalam proses analisis derau catu daya, metode yang lebih klasik adalah dengan menggunakan osiloskop untuk mengamati bentuk gelombang derau catu daya dan mengukur amplitudonya, sehingga dapat menentukan sumber derau catu daya. Namun, seiring dengan menurunnya tegangan perangkat digital secara bertahap dan arus meningkat secara bertahap, desain catu daya menjadi lebih sulit, dan metode pengujian yang lebih efektif perlu digunakan untuk mengevaluasi kebisingan catu daya. Artikel ini adalah contoh penggunaan metode domain frekuensi untuk menganalisis gangguan catu daya. Ketika kesalahan tidak dapat ditemukan dengan mengamati bentuk gelombang domain waktu, konversi frekuensi waktu dilakukan melalui metode FFT (Fast Fourier Transform), dan bentuk gelombang gangguan catu daya domain waktu diubah ke domain frekuensi untuk dianalisis. Saat men-debug sirkuit, melihat karakteristik sinyal dari perspektif domain waktu dan domain frekuensi dapat secara efektif mempercepat proses debugging.
Selama proses debugging papan tunggal, ditemukan bahwa kebisingan catu daya jaringan mencapai 80mv, yang melebihi persyaratan perangkat. Untuk memastikan perangkat dapat bekerja dengan stabil, kebisingan catu daya harus dikurangi.
Sebelum men-debug kesalahan ini, tinjau prinsip-prinsip penindasan kebisingan catu daya. Pita frekuensi yang berbeda dalam jaringan distribusi tenaga listrik menggunakan komponen yang berbeda untuk menekan kebisingan. Komponen decoupling mencakup modul pengaturan daya (VRM), kapasitor decoupling, pasangan bidang ground daya PCB, paket perangkat, dan chip. VRM mencakup chip daya dan kapasitansi keluaran periferal, yang beroperasi kira-kira dari DC hingga frekuensi rendah (sekitar 100K). Model ekuivalennya adalah model dua komponen yang terdiri dari resistor dan induktor. Yang terbaik adalah menggunakan kapasitor decoupling dengan kapasitor dengan besaran beberapa kali lipat untuk sepenuhnya mencakup pita frekuensi menengah (sekitar 10K hingga 100M). Karena adanya induktansi kabel dan induktansi paket, meskipun kapasitor decoupling dalam jumlah besar ditumpuk, akan sulit untuk berfungsi pada frekuensi yang lebih tinggi. Bidang dasar catu daya PCB membentuk kapasitor pelat, yang juga memiliki efek pemisahan, kira-kira puluhan megabita. Pengemasan chip dan chip bertanggung jawab atas pita frekuensi tinggi (di atas 100M). Perangkat kelas atas saat ini umumnya menambahkan kapasitor decoupling ke dalam paketnya. Saat ini, rentang decoupling pada PCB dapat dikurangi hingga puluhan megabyte atau bahkan beberapa megabyte. Oleh karena itu, ketika beban arus tetap tidak berubah, kita hanya perlu menentukan pada pita frekuensi mana gangguan tegangan muncul, dan kemudian mengoptimalkan komponen decoupling yang sesuai dengan pita frekuensi tersebut. Kedua elemen decoupling akan bekerja sama dalam pita frekuensi yang berdekatan, sehingga elemen decoupling pada pita frekuensi yang berdekatan juga harus dipertimbangkan ketika menganalisis titik kritis elemen decoupling.
Berdasarkan pengalaman debugging catu daya tradisional, beberapa kapasitor decoupling pertama kali ditambahkan ke jaringan untuk meningkatkan margin impedansi jaringan catu daya guna memastikan bahwa impedansi jaringan catu daya di pita frekuensi menengah dapat memenuhi kebutuhan aplikasi. skenario. Hasilnya hanya pengurangan riak beberapa mV, peningkatan yang minimal. Ada beberapa kemungkinan untuk hasil ini: 1. Kebisingan berada pada frekuensi rendah dan tidak berada dalam jangkauan kapasitor decoupling ini; 2. Penambahan kapasitansi mempengaruhi karakteristik loop VRM pengatur daya, dan pengurangan impedansi yang disebabkan oleh kapasitansi terkait dengan VRM. Kemunduran ini diimbangi. Dengan mengingat pertanyaan ini, kami mempertimbangkan penggunaan fungsi analisis domain frekuensi osiloskop untuk melihat karakteristik spektral kebisingan catu daya dan menemukan sumber masalahnya.
Fungsi analisis domain frekuensi osiloskop diwujudkan melalui transformasi Fourier. Inti dari transformasi Fourier adalah bahwa setiap barisan domain waktu dapat dinyatakan sebagai superposisi tak terbatas dari sinyal gelombang sinus dengan frekuensi berbeda. Kami menganalisis informasi frekuensi, amplitudo, dan fase gelombang sinus ini, yang merupakan metode analisis yang mengalihkan sinyal domain waktu ke domain frekuensi. Urutan yang diambil sampelnya oleh osiloskop digital adalah urutan diskrit, sehingga Fast Fourier Transform (FFT) paling umum digunakan dalam analisis kami. Algoritma FFT dioptimasi dari algoritma Discrete Fourier Transform (DFT). Jumlah perhitungan dikurangi beberapa kali lipat, dan semakin banyak poin yang perlu dihitung, semakin besar penghematan dalam perhitungan.
