Merjenje frekvenčne domene z osciloskopom Problem merjenja hrupa napajanja
V procesu analiziranja hrupa napajanja je bolj klasična metoda uporaba osciloskopa za opazovanje valovne oblike hrupa napajanja in merjenje njegove amplitude, da se določi vir šuma napajanja. Ker pa se napetost digitalnih naprav postopoma zmanjšuje in tok postopoma povečuje, postaja načrtovanje napajalnika težje, zato je treba uporabiti učinkovitejše preskusne metode za oceno hrupa napajalnika. Ta članek je primer uporabe metode frekvenčne domene za analizo hrupa napajanja. Kadar napake ni mogoče locirati z opazovanjem valovne oblike časovne domene, se časovno-frekvenčna pretvorba izvede z metodo FFT (hitra Fourierjeva transformacija) in valovna oblika hrupa napajanja v časovni domeni se pretvori v frekvenčno domeno za analizo. Pri odpravljanju napak v vezju lahko ogled značilnosti signala z vidika časovne domene in frekvenčne domene učinkovito pospeši postopek odpravljanja napak.
Med postopkom odpravljanja napak na eni plošči je bilo ugotovljeno, da je šum napajanja omrežja dosegel 80 mV, kar je preseglo zahteve naprave. Da bi zagotovili stabilno delovanje naprave, je treba zmanjšati hrup napajanja.
Preden odpravite napako, preglejte načela dušenja hrupa napajanja. Različni frekvenčni pasovi v omrežju za distribucijo električne energije uporabljajo različne komponente za dušenje šuma. Komponente za ločevanje vključujejo module za regulacijo moči (VRM), ločevalne kondenzatorje, pare napajalnih ozemljitvenih plošč PCB, pakete naprav in čipe. VRM vključuje napajalni čip in periferno izhodno kapacitivnost, ki deluje približno od DC do nizke frekvence (okoli 100 K). Njegov enakovredni model je dvokomponentni model, sestavljen iz upora in induktorja. Najbolje je, da uporabite ločilne kondenzatorje s kondenzatorji več velikosti, da v celoti pokrijete srednjefrekvenčni pas (okoli 10 K do 100 M). Zaradi obstoja induktivnosti ožičenja in induktivnosti ohišja, bo težko delovati pri višjih frekvencah, tudi če je zloženih veliko število ločilnih kondenzatorjev. Ozemljitvena plošča PCB napajalnika tvori ploščni kondenzator, ki ima tudi učinek ločitve, približno desetine megabajtov. Embalaža čipov in čipi so odgovorni za visokofrekvenčne pasove (nad 100M). Trenutne vrhunske naprave na splošno v paket dodajo ločilne kondenzatorje. V tem času se lahko območje ločevanja na tiskanem vezju zmanjša na desetine megabajtov ali celo več megabajtov. Zato moramo, ko trenutna obremenitev ostane nespremenjena, samo določiti, v katerem frekvenčnem pasu se pojavi napetostni šum, in nato optimizirati ločilne komponente, ki ustrezajo temu frekvenčnemu pasu. Dva ločilna elementa bosta sodelovala v sosednjih frekvenčnih pasovih, zato je treba pri analizi kritičnih točk ločilnih elementov upoštevati tudi ločilne elemente v sosednjih frekvenčnih pasovih.
Na podlagi tradicionalnih izkušenj z odpravljanjem napak napajalnika je bilo omrežju najprej dodanih nekaj ločilnih kondenzatorjev, da bi povečali mejo impedance napajalnega omrežja in tako zagotovili, da bi impedanca napajalnega omrežja v srednjefrekvenčnem pasu lahko ustrezala potrebam aplikacije. scenarij. Rezultat je le nekaj mV zmanjšanje valovanja, minimalno izboljšanje. Obstaja več možnosti za ta rezultat: 1. Hrup je nizke frekvence in ni v območju teh ločilnih kondenzatorjev; 2. Dodajanje kapacitivnosti vpliva na značilnosti zanke regulatorja moči VRM, zmanjšanje impedance, ki ga povzroči kapacitivnost, pa je povezano z VRM. Poslabšanje je izravnano. S tem vprašanjem v mislih smo razmislili o uporabi funkcije analize frekvenčne domene osciloskopa za ogled spektralnih značilnosti hrupa napajanja in lociranje vira težave.
Funkcija analize frekvenčne domene osciloskopa je realizirana s Fourierjevo transformacijo. Bistvo Fourierove transformacije je, da je mogoče vsako zaporedje časovne domene izraziti kot neskončno superpozicijo sinusnih signalov različnih frekvenc. Analiziramo informacije o frekvenci, amplitudi in fazi teh sinusnih valov, kar je metoda analize, ki preklopi signal časovne domene v frekvenčno domeno. Zaporedje, ki ga vzorči digitalni osciloskop, je diskretno zaporedje, zato se v naši analizi najpogosteje uporablja hitra Fourierjeva transformacija (FFT). Algoritem FFT je optimiziran iz algoritma diskretne Fourierove transformacije (DFT). Količina izračunov se zmanjša za več vrst velikosti in več točk, ki jih je treba izračunati, večji so prihranki pri izračunih.
