Oszcilloszkópos frekvenciatartomány mérés tápegység zajmérési probléma
A tápegység zajának elemzése során a klasszikusabb módszer az, hogy oszcilloszkópot használnak a tápegység zaj hullámformájának megfigyelésére és amplitúdójának mérésére, hogy meghatározzák a tápfeszültség zajának forrását. Mivel azonban a digitális eszközök feszültsége fokozatosan csökken, és az áramerősség fokozatosan növekszik, a tápegység tervezése nehezebbé válik, és hatékonyabb vizsgálati módszereket kell alkalmazni a tápegység zajának értékelésére. Ez a cikk a frekvenciatartomány-módszer használatának esetét ismerteti a tápegység zajának elemzésére. Ha a hiba nem azonosítható az időtartomány hullámformájának megfigyelésével, az idő-frekvencia átalakítást az FFT (Fast Fourier Transform) módszerrel hajtják végre, és az időtartományos tápegység zaj hullámformáját a frekvenciatartományba konvertálja elemzés céljából. Az áramkör hibakeresése során a jel jellemzőinek idő- és frekvenciatartomány szemszögből való megtekintése hatékonyan felgyorsíthatja a hibakeresési folyamatot.
Az egylapos hibakeresési folyamat során azt találták, hogy egy hálózat tápfeszültségének zaja elérte a 80 mv-ot, ami meghaladta az eszközigényeket. Annak érdekében, hogy a készülék stabilan működjön, csökkenteni kell a tápfeszültség zaját.
A hiba elhárítása előtt tekintse át a tápegység zajelnyomásának elveit. Az áramelosztó hálózat különböző frekvenciasávjai különböző komponenseket használnak a zaj elnyomására. A leválasztási komponensek közé tartoznak a teljesítményszabályozó modulok (VRM), a szétválasztó kondenzátorok, a PCB tápfeszültség alaplappárjai, az eszközcsomagok és a chipek. A VRM tápegység chipet és perifériás kimeneti kapacitást tartalmaz, amely hozzávetőlegesen DC-től alacsony frekvenciáig (körülbelül 100K) működik. Ennek megfelelő modellje egy kétkomponensű modell, amely egy ellenállásból és egy induktorból áll. A legjobb, ha több nagyságrendű kondenzátorral rendelkező leválasztó kondenzátort használ, hogy teljes mértékben lefedje a középfrekvencia sávot (körülbelül 10K és 100M). A huzalozási induktivitás és a csomaginduktivitás megléte miatt még akkor is nehéz lesz magasabb frekvencián működni, ha nagyszámú lecsatoló kondenzátor van egymásra rakva. A NYÁK tápegység alapsíkja egy lemezkondenzátort alkot, aminek szintén van lecsatoló hatása, hozzávetőlegesen több tíz megabájt. A chipcsomagolás és a chipek felelősek a nagyfrekvenciás sávokért (100M felett). A jelenlegi csúcskategóriás eszközök általában leválasztó kondenzátorokat adnak a csomaghoz. Ekkor a NYÁK-on a leválasztási tartomány több tíz megabájtra vagy akár több megabájtra is csökkenthető. Ezért, ha az aktuális terhelés változatlan marad, csak azt kell meghatároznunk, hogy melyik frekvenciasávban jelenik meg a feszültségzaj, majd optimalizálni kell az ennek a frekvenciasávnak megfelelő leválasztási összetevőket. A két leválasztó elem szomszédos frekvenciasávokban fog együttműködni, így a szomszédos frekvenciasávokban lévő szétcsatoló elemeket is figyelembe kell venni a szétválasztó elemek kritikus pontjainak elemzésénél.
A hagyományos tápegység-hibakeresési tapasztalatok alapján először néhány leválasztó kondenzátor került a hálózatba az áramellátó hálózat impedanciahatárának növelése érdekében, hogy a táphálózat impedanciája a középfrekvenciás sávban megfeleljen az alkalmazás igényeinek. forgatókönyv. Az eredmény csak néhány mV-os hullámosság csökkenés, minimális javulás. Ennek az eredménynek több lehetősége is van: 1. A zaj alacsony frekvenciájú, és nincs ezen szétcsatoló kondenzátorok tartományán belül; 2. A kapacitás hozzáadása befolyásolja a VRM teljesítményszabályozó hurok karakterisztikáját, és a kapacitás okozta impedancia csökkenés a VRM-hez kapcsolódik. A romlást ellensúlyozzák. Ezt a kérdést szem előtt tartva fontolóra vettük az oszcilloszkóp frekvenciatartomány-elemző funkciójának használatát, hogy megtekintsük a tápegység zajának spektrális jellemzőit és megtaláljuk a probléma forrását.
Az oszcilloszkóp frekvenciatartomány-elemző funkciója Fourier-transzformáción keresztül valósul meg. A Fourier-transzformáció lényege, hogy bármely időtartomány sorozat kifejezhető különböző frekvenciájú szinuszjelek végtelen szuperpozíciójaként. Elemezzük ezen szinuszhullámok frekvenciáját, amplitúdóját és fázisinformációit, ami egy olyan elemzési módszer, amely az időtartomány jelét frekvenciatartományra kapcsolja. A digitális oszcilloszkóp által mintavételezett szekvencia diszkrét sorozat, ezért elemzésünkben leggyakrabban a gyors Fourier-transzformációt (FFT) használjuk. Az FFT-algoritmust a diszkrét Fourier-transzformáció (DFT) algoritmus alapján optimalizálták. A számítások mennyisége több nagyságrenddel csökken, és minél több pontot kell kiszámolni, annál nagyobb a megtakarítás a számításokban.
