Вимірювання частотної області осцилографом Проблема вимірювання шуму джерела живлення
У процесі аналізу шуму джерела живлення більш класичним методом є використання осцилографа для спостереження за формою хвилі шуму джерела живлення та вимірювання його амплітуди, щоб визначити джерело шуму джерела живлення. Однак, оскільки напруга цифрових пристроїв поступово зменшується, а сила струму поступово збільшується, конструкція джерела живлення стає складнішою, і для оцінки шуму джерела живлення потрібно використовувати більш ефективні методи тестування. У цій статті описано використання методу частотної області для аналізу шуму джерела живлення. Якщо несправність неможливо знайти шляхом спостереження за формою сигналу у часовій області, виконується частотно-часове перетворення за допомогою методу ШПФ (швидке перетворення Фур’є), а форма сигналу шуму джерела живлення у часовій області перетворюється на частотну область для аналізу. Під час налагодження схеми перегляд характеристик сигналу з точки зору часової та частотної областей може ефективно прискорити процес налагодження.
Під час процесу налагодження однієї плати було виявлено, що шум джерела живлення мережі досяг 80 мВ, що перевищує вимоги до пристрою. Щоб забезпечити стабільну роботу пристрою, необхідно зменшити шум від джерела живлення.
Перед усуненням цієї несправності перегляньте принципи придушення шуму джерела живлення. Різні частотні діапазони в мережі розподілу електроенергії використовують різні компоненти для придушення шуму. Розв’язувальні компоненти включають модулі регулювання потужності (VRM), розв’язувальні конденсатори, пари заземлення електроживлення друкованої плати, корпуси пристроїв і мікросхеми. VRM включає мікросхему живлення та периферійну вихідну ємність, яка працює приблизно від постійного струму до низької частоти (близько 100 К). Його еквівалентною моделлю є двокомпонентна модель, що складається з резистора та котушки індуктивності. Найкраще використовувати розв’язувальні конденсатори з конденсаторами кількох порядків, щоб повністю покрити смугу середніх частот (приблизно від 10 К до 100 М). Через наявність індуктивності проводки та індуктивності корпусу, навіть якщо велика кількість розв’язувальних конденсаторів зібрана в стопку, буде важко працювати на високих частотах. Площина заземлення джерела живлення друкованої плати утворює пластинчастий конденсатор, який також має ефект розв’язки, приблизно десятки мегабайт. Упаковка чіпа та чіпи відповідають за високочастотні діапазони (вище 100M). Сучасні пристрої високого класу зазвичай додають у комплект розв’язувальні конденсатори. У цей час діапазон розв'язки на друкованій платі може бути зменшений до десятків або навіть декількох мегабайт. Тому, коли поточне навантаження залишається незмінним, нам потрібно лише визначити, в якому діапазоні частот з’являється шум напруги, а потім оптимізувати компоненти розв’язки, що відповідають цьому діапазону частот. Два розв’язувальні елементи будуть взаємодіяти в суміжних смугах частот, тому розв’язуючі елементи в суміжних смугах частот також необхідно враховувати при аналізі критичних точок розв’язувальних елементів.
Базуючись на традиційному досвіді налагодження джерела живлення, деякі розв’язувальні конденсатори спочатку були додані до мережі, щоб збільшити запас опору мережі електроживлення, щоб гарантувати, що опір мережі електроживлення в діапазоні середніх частот може відповідати потребам програми. сценарій. Результатом є зменшення пульсацій лише на кілька мВ, мінімальне покращення. Є кілька можливостей для цього результату: 1. Шум на низькій частоті та не в межах діапазону цих розв’язувальних конденсаторів; 2. Додавання ємності впливає на характеристики петлі регулятора потужності VRM, а зменшення імпедансу, викликане ємністю, пов’язане з VRM. Погіршення компенсується. Зважаючи на це запитання, ми розглянули можливість використання функції аналізу частотної області осцилографа для перегляду спектральних характеристик шуму джерела живлення та визначення джерела проблеми.
Функція аналізу частотної області осцилографа реалізована через перетворення Фур'є. Суть перетворення Фур'є полягає в тому, що будь-яка послідовність у часовій області може бути виражена як нескінченна суперпозиція синусоїдальних сигналів різних частот. Ми аналізуємо інформацію про частоту, амплітуду та фазу цих синусоїдальних хвиль, що є методом аналізу, який перемикає сигнал часової області на частотну. Послідовність, що вимірюється цифровим осцилографом, є дискретною послідовністю, тому в нашому аналізі найчастіше використовується швидке перетворення Фур’є (ШПФ). Алгоритм ШПФ оптимізований за допомогою алгоритму дискретного перетворення Фур’є (ДПФ). Обсяг обчислень зменшується на кілька порядків, і чим більше точок необхідно обчислити, тим більша економія на обчисленнях.
