Problema di misurazione del rumore dell'alimentatore per la misurazione del dominio della frequenza dell'oscilloscopio
Nel processo di analisi del rumore dell'alimentatore, il metodo più classico consiste nell'utilizzare un oscilloscopio per osservare la forma d'onda del rumore dell'alimentatore e misurarne l'ampiezza, in modo da determinare la fonte del rumore dell'alimentatore. Tuttavia, man mano che la tensione dei dispositivi digitali diminuisce gradualmente e la corrente aumenta gradualmente, la progettazione dell'alimentatore diventa più difficile ed è necessario utilizzare metodi di test più efficaci per valutare il rumore dell'alimentatore. Questo articolo illustra un caso di utilizzo del metodo nel dominio della frequenza per analizzare il rumore dell'alimentatore. Quando non è possibile individuare il guasto osservando la forma d'onda nel dominio del tempo, la conversione tempo-frequenza viene eseguita tramite il metodo FFT (trasformata veloce di Fourier) e la forma d'onda del rumore dell'alimentatore nel dominio del tempo viene convertita nel dominio della frequenza per l'analisi. Durante il debug del circuito, la visualizzazione delle caratteristiche del segnale dal punto di vista del dominio del tempo e della frequenza può accelerare efficacemente il processo di debug.
Durante il processo di debug della scheda singola, è stato riscontrato che il rumore dell'alimentazione di una rete raggiungeva gli 80 mV, un valore superiore ai requisiti del dispositivo. Per garantire che il dispositivo possa funzionare stabilmente, il rumore dell'alimentazione deve essere ridotto.
Prima di eseguire il debug di questo errore, rivedere i principi della soppressione del rumore dell'alimentatore. Diverse bande di frequenza nella rete di distribuzione elettrica utilizzano componenti diversi per sopprimere il rumore. I componenti di disaccoppiamento includono moduli di regolazione della potenza (VRM), condensatori di disaccoppiamento, coppie di piani di terra di alimentazione PCB, pacchetti di dispositivi e chip. VRM include un chip di alimentazione e una capacità di uscita periferica, che funziona approssimativamente dalla CC alla bassa frequenza (circa 100K). Il suo modello equivalente è un modello a due componenti costituito da un resistore e un induttore. È meglio utilizzare condensatori di disaccoppiamento con condensatori di più ordini di grandezza per coprire completamente la banda delle medie frequenze (da circa 10K a 100M). A causa dell'esistenza dell'induttanza del cablaggio e dell'induttanza del pacchetto, anche se sono impilati un gran numero di condensatori di disaccoppiamento, sarà difficile funzionare a frequenze più elevate. Il piano di massa dell'alimentatore PCB forma un condensatore a piastre, che ha anche un effetto di disaccoppiamento, di circa decine di megabyte. L'imballaggio e i chip dei chip sono responsabili delle bande ad alta frequenza (superiori a 100 M). Gli attuali dispositivi di fascia alta generalmente aggiungono condensatori di disaccoppiamento al pacchetto. A questo punto, l'intervallo di disaccoppiamento sul PCB può essere ridotto a decine di megabyte o addirittura a diversi megabyte. Pertanto, quando il carico di corrente rimane invariato, dobbiamo solo determinare in quale banda di frequenza appare il rumore di tensione e quindi ottimizzare i componenti di disaccoppiamento corrispondenti a questa banda di frequenza. I due elementi di disaccoppiamento coopereranno in bande di frequenza adiacenti, quindi anche gli elementi di disaccoppiamento in bande di frequenza adiacenti devono essere presi in considerazione quando si analizzano i punti critici degli elementi di disaccoppiamento.
Sulla base dell'esperienza tradizionale di debug dell'alimentatore, alcuni condensatori di disaccoppiamento sono stati prima aggiunti alla rete per aumentare il margine di impedenza della rete di alimentazione per garantire che l'impedenza della rete di alimentazione nella banda di media frequenza potesse soddisfare le esigenze dell'applicazione scenario. Il risultato è una riduzione dell'ondulazione di soli pochi mV, un miglioramento minimo. Ci sono diverse possibilità per questo risultato: 1. Il rumore è a bassa frequenza e non rientra nella portata di questi condensatori di disaccoppiamento; 2. L'aggiunta di capacità influisce sulle caratteristiche del circuito del regolatore di potenza VRM e la riduzione dell'impedenza causata dalla capacità è correlata al VRM. Il peggioramento è compensato. Tenendo presente questa domanda, abbiamo considerato l'utilizzo della funzione di analisi nel dominio della frequenza dell'oscilloscopio per visualizzare le caratteristiche spettrali del rumore dell'alimentatore e individuare la fonte del problema.
La funzione di analisi nel dominio della frequenza dell'oscilloscopio viene realizzata tramite la trasformata di Fourier. L'essenza della trasformata di Fourier è che qualsiasi sequenza nel dominio del tempo può essere espressa come una sovrapposizione infinita di segnali sinusoidali di frequenze diverse. Analizziamo la frequenza, l'ampiezza e le informazioni sulla fase di queste onde sinusoidali, che è un metodo di analisi che commuta il segnale dal dominio del tempo al dominio della frequenza. La sequenza campionata da un oscilloscopio digitale è una sequenza discreta, quindi la trasformata veloce di Fourier (FFT) è quella più comunemente utilizzata nella nostra analisi. L'algoritmo FFT è ottimizzato dall'algoritmo Discrete Fourier Transform (DFT). La quantità di calcoli viene ridotta di diversi ordini di grandezza e maggiore è il numero di punti da calcolare, maggiore è il risparmio nei calcoli.
