Πρόβλημα μέτρησης θορύβου τροφοδοτικού τροφοδοτικού μέτρησης πεδίου συχνότητας παλμογράφου
Στη διαδικασία ανάλυσης του θορύβου τροφοδοσίας, η πιο κλασική μέθοδος είναι η χρήση παλμογράφου για την παρατήρηση της κυματομορφής του θορύβου τροφοδοσίας και τη μέτρηση του πλάτους του, έτσι ώστε να προσδιοριστεί η πηγή του θορύβου τροφοδοσίας. Ωστόσο, καθώς η τάση των ψηφιακών συσκευών μειώνεται σταδιακά και το ρεύμα σταδιακά αυξάνεται, ο σχεδιασμός του τροφοδοτικού γίνεται πιο δύσκολος και πρέπει να χρησιμοποιηθούν πιο αποτελεσματικές μέθοδοι δοκιμών για την αξιολόγηση του θορύβου τροφοδοσίας. Αυτό το άρθρο είναι μια περίπτωση χρήσης της μεθόδου τομέα συχνότητας για την ανάλυση του θορύβου τροφοδοσίας. Όταν το σφάλμα δεν μπορεί να εντοπιστεί με την παρατήρηση της κυματομορφής του πεδίου χρόνου, η μετατροπή χρόνου-συχνότητας εκτελείται μέσω της μεθόδου FFT (Fast Fourier Transform) και η κυματομορφή θορύβου τροφοδοσίας πεδίου χρόνου μετατρέπεται στην περιοχή συχνότητας για ανάλυση. Κατά τον εντοπισμό σφαλμάτων του κυκλώματος, η προβολή των χαρακτηριστικών του σήματος από την προοπτική του τομέα χρόνου και του τομέα συχνότητας μπορεί να επιταχύνει αποτελεσματικά τη διαδικασία εντοπισμού σφαλμάτων.
Κατά τη διαδικασία εντοπισμού σφαλμάτων μιας πλακέτας, διαπιστώθηκε ότι ο θόρυβος τροφοδοσίας ενός δικτύου έφθασε τα 80mv, κάτι που υπερέβαινε τις απαιτήσεις της συσκευής. Για να διασφαλιστεί ότι η συσκευή μπορεί να λειτουργεί σταθερά, πρέπει να μειωθεί ο θόρυβος του τροφοδοτικού.
Πριν διορθώσετε αυτό το σφάλμα, ελέγξτε τις αρχές της καταστολής θορύβου από το τροφοδοτικό. Διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων στο δίκτυο διανομής ισχύος χρησιμοποιούν διαφορετικά εξαρτήματα για την καταστολή του θορύβου. Τα εξαρτήματα αποσύνδεσης περιλαμβάνουν μονάδες ρύθμισης ισχύος (VRM), πυκνωτές αποσύνδεσης, ζεύγη επιπέδων γείωσης ισχύος PCB, πακέτα συσκευών και τσιπ. Το VRM περιλαμβάνει ένα τσιπ ισχύος και χωρητικότητα περιφερειακής εξόδου, η οποία λειτουργεί περίπου από DC έως χαμηλή συχνότητα (περίπου 100K). Το αντίστοιχο μοντέλο είναι ένα μοντέλο δύο συστατικών που αποτελείται από μια αντίσταση και έναν επαγωγέα. Είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε πυκνωτές αποσύνδεσης με πυκνωτές πολλαπλών τάξεων μεγέθους για την πλήρη κάλυψη της ζώνης μεσαίας συχνότητας (περίπου 10K έως 100M). Λόγω της ύπαρξης επαγωγής καλωδίωσης και αυτεπαγωγής συσκευασίας, ακόμη και αν υπάρχει μεγάλος αριθμός πυκνωτών αποσύνδεσης, θα είναι δύσκολο να λειτουργήσει σε υψηλότερες συχνότητες. Το επίπεδο γείωσης τροφοδοσίας PCB σχηματίζει έναν πυκνωτή πλάκας, ο οποίος έχει επίσης αποτέλεσμα αποσύνδεσης, περίπου δεκάδες megabyte. Η συσκευασία και τα τσιπ είναι υπεύθυνα για ζώνες υψηλής συχνότητας (πάνω από 100M). Οι τρέχουσες συσκευές υψηλής τεχνολογίας προσθέτουν γενικά πυκνωτές αποσύνδεσης στη συσκευασία. Αυτή τη στιγμή, το εύρος αποσύνδεσης στο PCB μπορεί να μειωθεί σε δεκάδες megabyte ή ακόμα και σε πολλά megabyte. Επομένως, όταν το τρέχον φορτίο παραμένει αμετάβλητο, χρειάζεται μόνο να προσδιορίσουμε σε ποια ζώνη συχνοτήτων εμφανίζεται ο θόρυβος τάσης και στη συνέχεια να βελτιστοποιήσουμε τα στοιχεία αποσύνδεσης που αντιστοιχούν σε αυτήν τη ζώνη συχνοτήτων. Τα δύο στοιχεία αποσύνδεσης θα συνεργάζονται σε γειτονικές ζώνες συχνοτήτων, επομένως τα στοιχεία αποσύνδεσης σε γειτονικές ζώνες συχνοτήτων πρέπει επίσης να λαμβάνονται υπόψη κατά την ανάλυση των κρίσιμων σημείων των στοιχείων αποσύνδεσης.
Με βάση την παραδοσιακή εμπειρία αποσφαλμάτωσης του τροφοδοτικού, ορισμένοι πυκνωτές αποσύνδεσης προστέθηκαν αρχικά στο δίκτυο για να αυξηθεί το περιθώριο σύνθετης αντίστασης του δικτύου τροφοδοσίας για να διασφαλιστεί ότι η σύνθετη αντίσταση του δικτύου τροφοδοσίας στη ζώνη μεσαίας συχνότητας θα μπορούσε να καλύψει τις ανάγκες της εφαρμογής σενάριο. Το αποτέλεσμα είναι μόνο λίγα mV μείωση του κυματισμού, μια ελάχιστη βελτίωση. Υπάρχουν πολλές δυνατότητες για αυτό το αποτέλεσμα: 1. Ο θόρυβος είναι σε χαμηλή συχνότητα και δεν είναι εντός του εύρους αυτών των πυκνωτών αποσύνδεσης. 2. Η προσθήκη χωρητικότητας επηρεάζει τα χαρακτηριστικά βρόχου του ρυθμιστή ισχύος VRM και η μείωση της σύνθετης αντίστασης που προκαλείται από την χωρητικότητα σχετίζεται με το VRM. Η επιδείνωση αντισταθμίζεται. Έχοντας υπόψη αυτό το ερώτημα, εξετάσαμε τη χρήση της συνάρτησης ανάλυσης τομέα συχνότητας του παλμογράφου για να προβάλουμε τα φασματικά χαρακτηριστικά του θορύβου τροφοδοσίας και να εντοπίσουμε την πηγή του προβλήματος.
Η συνάρτηση ανάλυσης πεδίου συχνότητας του παλμογράφου πραγματοποιείται μέσω του μετασχηματισμού Fourier. Η ουσία του μετασχηματισμού Fourier είναι ότι οποιαδήποτε ακολουθία πεδίου χρόνου μπορεί να εκφραστεί ως μια άπειρη υπέρθεση σημάτων ημιτονοειδούς κύματος διαφορετικών συχνοτήτων. Αναλύουμε τη συχνότητα, το πλάτος και τις πληροφορίες φάσης αυτών των ημιτονοειδών κυμάτων, η οποία είναι μια μέθοδος ανάλυσης που αλλάζει το σήμα του πεδίου χρόνου στον τομέα συχνότητας. Η ακολουθία που δειγματίζεται από έναν ψηφιακό παλμογράφο είναι μια διακριτή ακολουθία, επομένως ο Γρήγορος Μετασχηματισμός Φουριέ (FFT) χρησιμοποιείται πιο συχνά στην ανάλυσή μας. Ο αλγόριθμος FFT έχει βελτιστοποιηθεί από τον αλγόριθμο Discrete Fourier Transform (DFT). Το ποσό των υπολογισμών μειώνεται κατά πολλές τάξεις μεγέθους και όσο περισσότερα σημεία πρέπει να υπολογιστούν, τόσο μεγαλύτερη είναι η εξοικονόμηση πόρων στους υπολογισμούς.
