Problema de medición del ruido de la fuente de alimentación de medición en el dominio de frecuencia del osciloscopio
En el proceso de análisis del ruido de la fuente de alimentación, el método más clásico es utilizar un osciloscopio para observar la forma de onda del ruido de la fuente de alimentación y medir su amplitud, a fin de determinar la fuente del ruido de la fuente de alimentación. Sin embargo, a medida que el voltaje de los dispositivos digitales disminuye gradualmente y la corriente aumenta gradualmente, el diseño de la fuente de alimentación se vuelve más difícil y es necesario utilizar métodos de prueba más efectivos para evaluar el ruido de la fuente de alimentación. Este artículo es un caso de utilización del método del dominio de la frecuencia para analizar el ruido de la fuente de alimentación. Cuando la falla no se puede localizar observando la forma de onda en el dominio del tiempo, la conversión tiempo-frecuencia se realiza mediante el método FFT (Transformada rápida de Fourier) y la forma de onda del ruido de la fuente de alimentación en el dominio temporal se convierte al dominio de la frecuencia para su análisis. Al depurar el circuito, ver las características de la señal desde las perspectivas del dominio del tiempo y del dominio de la frecuencia puede acelerar efectivamente el proceso de depuración.
Durante el proceso de depuración de una sola placa, se descubrió que el ruido de la fuente de alimentación de una red alcanzaba los 80 mv, lo que excedía los requisitos del dispositivo. Para garantizar que el dispositivo pueda funcionar de manera estable, se debe reducir el ruido de la fuente de alimentación.
Antes de solucionar este fallo, revise los principios de supresión de ruido de la fuente de alimentación. Las diferentes bandas de frecuencia en la red de distribución de energía utilizan diferentes componentes para suprimir el ruido. Los componentes de desacoplamiento incluyen módulos de regulación de potencia (VRM), condensadores de desacoplamiento, pares de planos de tierra de alimentación de PCB, paquetes de dispositivos y chips. VRM incluye un chip de alimentación y una capacitancia de salida periférica, que opera aproximadamente desde CC hasta baja frecuencia (alrededor de 100 K). Su modelo equivalente es un modelo de dos componentes que consta de una resistencia y un inductor. Es mejor utilizar condensadores de desacoplamiento con condensadores de múltiples órdenes de magnitud para cubrir completamente la banda de frecuencia media (alrededor de 10K a 100M). Debido a la existencia de inductancia de cableado e inductancia de paquete, incluso si se apila una gran cantidad de condensadores de desacoplamiento, será difícil funcionar a frecuencias más altas. El plano de tierra de la fuente de alimentación de la PCB forma un condensador de placa, que también tiene un efecto de desacoplamiento, de aproximadamente decenas de megabytes. El embalaje de chips y los chips son responsables de las bandas de alta frecuencia (por encima de 100 M). Los dispositivos actuales de alta gama generalmente agregan condensadores de desacoplamiento al paquete. En este momento, el rango de desacoplamiento en la PCB se puede reducir a decenas de megabytes o incluso a varios megabytes. Por lo tanto, cuando la carga actual permanece sin cambios, solo necesitamos determinar en qué banda de frecuencia aparece el ruido de voltaje y luego optimizar los componentes de desacoplamiento correspondientes a esta banda de frecuencia. Los dos elementos de desacoplamiento cooperarán en bandas de frecuencia adyacentes, por lo que los elementos de desacoplamiento en bandas de frecuencia adyacentes también deben tenerse en cuenta al analizar los puntos críticos de los elementos de desacoplamiento.
Según la experiencia tradicional de depuración de la fuente de alimentación, primero se agregaron algunos condensadores de desacoplamiento a la red para aumentar el margen de impedancia de la red de fuente de alimentación y garantizar que la impedancia de la red de fuente de alimentación en la banda de frecuencia media pudiera satisfacer las necesidades de la aplicación. guión. El resultado es una reducción de sólo unos pocos mV en la ondulación, una mejora mínima. Hay varias posibilidades para este resultado: 1. El ruido es de baja frecuencia y no está dentro del rango de estos condensadores de desacoplamiento; 2. Agregar capacitancia afecta las características del bucle del regulador de potencia VRM, y la reducción de impedancia causada por la capacitancia está relacionada con el VRM. El deterioro se compensa. Con esta pregunta en mente, consideramos utilizar la función de análisis del dominio de frecuencia del osciloscopio para ver las características espectrales del ruido de la fuente de alimentación y localizar la fuente del problema.
La función de análisis en el dominio de la frecuencia del osciloscopio se realiza mediante la transformada de Fourier. La esencia de la transformada de Fourier es que cualquier secuencia en el dominio del tiempo puede expresarse como una superposición infinita de señales de onda sinusoidal de diferentes frecuencias. Analizamos la información de frecuencia, amplitud y fase de estas ondas sinusoidales, que es un método de análisis que cambia la señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. La secuencia muestreada por un osciloscopio digital es una secuencia discreta, por lo que la Transformada Rápida de Fourier (FFT) es la más utilizada en nuestro análisis. El algoritmo FFT está optimizado a partir del algoritmo de Transformada Discreta de Fourier (DFT). La cantidad de cálculos se reduce en varios órdenes de magnitud y cuantos más puntos deban calcularse, mayor será el ahorro en los cálculos.
