Oscilloscoop frequentiedomein meting voeding geluidsmeting probleem
Bij het analyseren van voedingruis is de meer klassieke methode het gebruik van een oscilloscoop om de golfvorm van de voedingruis te observeren en de amplitude ervan te meten, om zo de bron van de voedingruis te bepalen. Naarmate de spanning van digitale apparaten echter geleidelijk afneemt en de stroom geleidelijk toeneemt, wordt het ontwerpen van voedingen moeilijker en moeten effectievere testmethoden worden gebruikt om voedingruis te evalueren. In dit artikel wordt beschreven hoe u de frequentiedomeinmethode gebruikt om voedingruis te analyseren. Wanneer de fout niet kan worden gelokaliseerd door de golfvorm van het tijddomein te observeren, wordt tijd-frequentieconversie uitgevoerd via de FFT-methode (Fast Fourier Transform), en wordt de ruisgolfvorm van de tijddomeinvoeding voor analyse omgezet naar het frequentiedomein. Bij het debuggen van het circuit kan het bekijken van de signaalkarakteristieken vanuit het tijdsdomein en het frequentiedomein het debugproces effectief versnellen.
Tijdens het foutopsporingsproces op één bord werd vastgesteld dat de stroomtoevoerruis van een netwerk 80 mv bereikte, wat de apparaatvereisten overtrof. Om ervoor te zorgen dat het apparaat stabiel kan werken, moet het geluid van de voeding worden verminderd.
Voordat u deze fout oplost, moet u de principes van ruisonderdrukking van de voeding doornemen. Verschillende frequentiebanden in het stroomdistributienetwerk gebruiken verschillende componenten om ruis te onderdrukken. Ontkoppelingscomponenten omvatten vermogensregelmodules (VRM), ontkoppelingscondensatoren, PCB-aardvlakparen, apparaatpakketten en chips. VRM omvat een stroomchip en een perifere uitgangscapaciteit, die ongeveer werkt van DC tot lage frequentie (ongeveer 100K). Het equivalente model is een tweecomponentenmodel bestaande uit een weerstand en een inductor. Het is het beste om ontkoppelcondensatoren te gebruiken met condensatoren van meerdere ordes van grootte om de middenfrequentieband (ongeveer 10K tot 100M) volledig te bestrijken. Vanwege het bestaan van bedradingsinductie en pakketinductie zal het, zelfs als een groot aantal ontkoppelcondensatoren op elkaar zijn gestapeld, moeilijk zijn om bij hogere frequenties te functioneren. Het aardevlak van de PCB-voeding vormt een plaatcondensator, die ook een ontkoppeleffect heeft, ongeveer tientallen megabytes. Chipverpakkingen en chips zijn verantwoordelijk voor hoogfrequente banden (boven 100M). Huidige high-end apparaten voegen over het algemeen ontkoppelcondensatoren toe aan het pakket. Op dit moment kan het ontkoppelingsbereik op de printplaat worden teruggebracht tot tientallen megabytes of zelfs enkele megabytes. Wanneer de huidige belasting onveranderd blijft, hoeven we daarom alleen maar te bepalen in welke frequentieband de spanningsruis optreedt, en vervolgens de ontkoppelingscomponenten te optimaliseren die overeenkomen met deze frequentieband. De twee ontkoppelelementen zullen samenwerken in aangrenzende frequentiebanden, dus de ontkoppelelementen in aangrenzende frequentiebanden moeten ook in aanmerking worden genomen bij het analyseren van de kritische punten van de ontkoppelelementen.
Gebaseerd op traditionele ervaring met het opsporen van fouten in de voeding, werden eerst enkele ontkoppelcondensatoren aan het netwerk toegevoegd om de impedantiemarge van het voedingsnetwerk te vergroten om ervoor te zorgen dat de impedantie van het voedingsnetwerk in de middenfrequentieband aan de behoeften van de toepassing kon voldoen scenario. Het resultaat is slechts een vermindering van de rimpel van enkele mV, een minimale verbetering. Er zijn verschillende mogelijkheden voor dit resultaat: 1. De ruis heeft een lage frequentie en ligt niet binnen het bereik van deze ontkoppelcondensatoren; 2. Het toevoegen van capaciteit beïnvloedt de luskarakteristieken van de vermogensregelaar VRM, en de impedantiereductie veroorzaakt door de capaciteit houdt verband met VRM. De verslechtering wordt gecompenseerd. Met deze vraag in gedachten hebben we overwogen om de frequentiedomeinanalysefunctie van de oscilloscoop te gebruiken om de spectrale kenmerken van de voedingruis te bekijken en de oorzaak van het probleem te lokaliseren.
De frequentiedomeinanalysefunctie van de oscilloscoop wordt gerealiseerd via Fourier-transformatie. De essentie van Fourier-transformatie is dat elke tijdsdomeinreeks kan worden uitgedrukt als een oneindige superpositie van sinusgolfsignalen met verschillende frequenties. We analyseren de frequentie-, amplitude- en fase-informatie van deze sinusgolven, wat een analysemethode is die het tijddomeinsignaal naar het frequentiedomein schakelt. De sequentie die door een digitale oscilloscoop wordt bemonsterd, is een discrete sequentie, dus de Fast Fourier Transform (FFT) wordt het meest gebruikt in onze analyse. Het FFT-algoritme is geoptimaliseerd op basis van het Discrete Fourier Transform (DFT)-algoritme. Het aantal berekeningen wordt met verschillende ordes van grootte verminderd, en hoe meer punten er moeten worden berekend, hoe groter de besparing in berekeningen.
