Résoudre le bruit d'alimentation avec la méthode d'analyse du Domaine fréquentiel de l'oscilloscope

alimentationLe bruit est un type d'interférence électromagnétique, le spectre de fréquence de son bruit de conduction est d'environ 10 kHz ~ 30 MHz, et le haut peut atteindre 150 MHz. Bruit de puissanceLe bruit, en particulier les interférences de bruit transitoires, dont la vitesse de montée est rapide, la durée est courte, l'amplitude de la vibration de tension est élevée et le caractère aléatoire est fort, ce qui rend les micro - ordinateurs et les circuits numériques vulnérables aux interférences graves.

Application de l'analyse du Domaine fréquentiel des Oscilloscopes à la mise en service de l'alimentation

Cet article parle deplusieurs annéesVenezElectricité à surveillerMesure du bruit de sourceDemandezQuestions, avec résumé pratique de l'expérience, avec corroboration de cas réels, avec analyse de simulation combinée- Oui.
Lors de l'analyse du bruit d'alimentation, la méthode classique de comparaison consiste à utiliser un oscilloscope pour observer la forme d'onde du bruit d'alimentation et mesurer son amplitude, à partir de laquelle l'origine du bruit d'alimentation est jugée. Mais avec la réduction progressive de la tension du dispositif numérique et l'augmentation progressive du courant, la difficulté de conception de l'alimentation augmente, il est nécessaire d'utiliser des moyens de test plus efficaces pour évaluer le bruit de l'alimentation. Cet article est utiliséUn cas d'analyse du bruit d'alimentation par la méthode du Domaine fréquentiel, la conversion temps - fréquence par la méthode FFT (fast Fourier Transform) Convertit la forme d'onde du bruit d'alimentation dans le domaine fréquentiel pour l'analyse lorsque la forme d'onde du Domaine temporel observée ne peut pas localiser le défaut. Lors de la mise au point du circuit, la visualisation des caractéristiques du signal sous deux angles, respectivement dans le domaine temporel et fréquentiel, peut accélérer efficacement le processus de mise au point.

Au cours de la mise en service de la carte unique, il a été constaté que le bruit d'alimentation d'un réseau atteint 80mv, a dépassé les exigences du dispositif, et pour garantir que le dispositif peut fonctionner de manière stable doit réduire ce bruit d'alimentation.
Le principe de la suppression du bruit d'alimentation inférieure est rappelé avant de déboguer cette panne. Comme le montre la figure ci - dessous, les différentes bandes de fréquences dans le réseau de distribution d'alimentation sont supprimées du bruit par différents éléments, les éléments de découplage contenant un module de réglage de l'alimentation (vrm), une capacité de découplage, une alimentation PCB face à face, un boîtier de dispositif et une puce. Vrm contient la puce d'alimentation et la capacité de sortie périphérique qui agit sur la bande DC à basse fréquence (environ 100 k), son équivalent étant un modèle à deux éléments composé d'une résistance et d'une inductance. La capacité de découplage est utilisée en coopération avec une capacité qui utilise plusieurs valeurs de capacité de l'ordre de grandeur, couvrant suffisamment la bande de fréquence intermédiaire (nombre de 10 k à environ 100 m). En raison de la présence de l'inductance de câblage et de l'inductance d'encapsulation, il est également difficile d'empiler instantanément un grand nombre de capacités de découplage pour fonctionner à des fréquences plus élevées. L'alimentation en circuit imprimé forme un condensateur plat face à face, qui a également un effet de découplage, agissant sur des dizaines de mégawatts environ. Le boîtier de puce et la puce sont responsables de la bande haute (au - dessus de 100m), les dispositifs actuels augmenteront généralement la capacité de découplage sur le boîtier, à ce moment - là, la plage de découplage sur le PCB peut être réduite à des dizaines, voire plusieurs mégawatts. Ainsi, avec une charge de courant inchangée, il suffit de juger dans quelle bande de fréquence apparaît le bruit de tension, puis d'optimiser pour l'élément de découplage correspondent à cette bande de fréquence. Les deux éléments de découplage coopèrent lorsqu'ils sont dans des bandes adjacentes, de sorte que les éléments de découplage des bandes adjacentes sont également pris en compte lors de l'analyse des points critiques des éléments de découplage.

Selon l'expérience de la mise en service d'alimentation traditionnelle, une certaine capacité de découplage a d'abord été ajoutée sur ce réseau, augmentant la marge d'impédance du réseau d'alimentation, garantissant que l'impédance du réseau d'alimentation dans la bande moyenne peut répondre aux besoins de ce scénario d'application. Les ondulations résultantes ne diminuent que de quelques MV et l'amélioration est minime. Il existe plusieurs possibilités pour obtenir ce résultat: 1, le bruit est à basse fréquence et n'est pas dans la plage où ces capacités de découplage fonctionnent; 2, l'augmentation de la capacité affecte les caractéristiques de boucle du régulateur de puissance vrm, la diminution d'impédance apportée par la capacité est compensée par la détérioration de vrm. Avec ce doute, nous envisageons d'utiliser la fonction d'analyse du Domaine fréquentiel de l'oscilloscope pour voir les caractéristiques spectrales du bruit d'alimentation, en localisant la source du problème.

La fonction d'analyse du Domaine fréquentiel de l'oscilloscope est réalisée au moyen d'une transformée de Fourier dont l'essence est qu'une séquence de tout Domaine temporel peut être représentée par une superposition infinie de signaux sinusoïdaux de fréquences différentes. Nous analysons les informations de fréquence, d'amplitude et de phase de ces ondes sinusoïdales en tant que méthode d'analyse pour Commuter les signaux du Domaine temporel dans le domaine fréquentiel. Les séquences échantillonnées par les Oscilloscopes numériques sont des séquences discrètes, de sorte que nous utilisons couramment la transformée de Fourier rapide (FFT) dans notre analyse. L'algorithme FFT est optimisé pour l'algorithme de transformée de Fourier discrète (DFT), avec une réduction de plusieurs ordres de grandeur de la quantité d'opérations, et plus le nombre de points nécessitant une opération est élevé, plus les économies de quantité d'opérations sont importantes.
La forme d'onde de bruit capturée par l'oscilloscope est transformée en FFT et il y a plusieurs points clés à noter.
1, selon la loi d'échantillonnage de résistance de quist, l'élargissement spectral (SPAN) après transformation correspond à 1 / 2 du taux d'échantillonnage du signal d'origine, si le taux d'échantillonnage du signal d'origine est de 1 GS / s, l'élargissement spectral (SPAN) après FFT est au plus de 500 MHz;
2, la résolution fréquentielle après transformation (bande de résolution RBW) correspond à l'inverse du temps d'échantillonnage, si le temps d'échantillonnage est de 10 MS, la résolution fréquentielle correspondante est de 100 Hz;
3, fuite spectrale, c'est - à - dire que les lignes spectrales dans le spectre du signal interfèrent les unes avec les autres, les lignes spectrales à faible énergie sont facilement inondées par les fuites des lignes spectrales à haute énergie voisines. Éviter les fuites de spectre peut maximiser la synchronisation de la vitesse d'acquisition avec la fréquence du signal, prolonger le temps d'acquisition du signal et utiliser les fonctions de fenêtre appropriées.
alimentationLa mesure du bruit ne nécessite pas un taux d'échantillonnage plus élevé, de sorte qu'une base de temps très longue peut être définie, ce qui signifie également que le temps de signal acquis peut être suffisamment long pour être considéré comme couvrant toute la période de temps du signal actif, pour laquelle il n'est pas nécessaire d'ajouter une fonction fenêtre. Ajustez les paramètres ci - dessus pour obtenir une courbe de transformation FFT plus précise, puis Visualisez les points de fréquence d'intérêt via la fonction zoom. Comme dans le diagramme ci - dessous, l'énergie principale du bruit d'alimentation est concentrée autour de 11,3 kHz et résonne à cette fréquence comme fréquence fondamentale. On peut en déduire que l'impédance du présent réseau PDN à 11,3 kHz ne répond pas aux exigences, que l'impédance de la capacité à ce point de fréquence est également plus élevée et ne joue pas le rôle de réduire l'impédance, de sorte que l'augmentation de la capacité précédente ne réduit pas le bruit d'alimentation.
En général, 11,3 kHz devrait être la juridiction de vrm, et un bruit plus important apparaît ici pour indiquer que la conception du circuit vrm ne peut pas répondre aux exigences. Les performances du vrm sont analysées ici, les méthodes d'analyse du vrm sont nombreuses, ici principalement avec des moyens de simulation de son diagramme de Potter de boucle de rétroaction. Le diagramme de Baud observe principalement plusieurs informations clés: 1, fréquence de passage, courbe de gain passant par le point de fréquence de la ligne 0db; 2, la marge de phase, la valeur de phase correspondante de la courbe de phase à la fréquence de passage; 3, la marge de gain, la valeur du gain correspondant à la phase à - 360°. Nous nous concentrons ici principalement sur les deux indicateurs de fréquence de traversée et de marge de phase. Comme on peut le voir sur le diagramme de Potter en boucle du vrm (figure A ci - dessous), la fréquence de traversée du vrm est de l'ordre de 8 kHz avec une marge de phase de 37 degrés. Deux problèmes se posent ici: Tout d'abord, la marge de phase de vrm doit généralement être supérieure à 45 degrés pour garantir un fonctionnement stable de la boucle, ici la marge de phase est un peu plus faible et il est nécessaire d'augmenter la marge de phase; Ensuite, la fréquence de traversée est trop faible, l'effet de réglage de vrm près de la fréquence de traversée diminue progressivement, et cette capacité de Bulk de point de fréquence ne joue pas encore un rôle, de sorte qu'il y aura une impédance plus élevée autour de 8khz, ce point de fréquence a un faible effet de Suppression du bruit. La figure (b) ci - dessous est un diagramme de Potter après optimisation de la boucle vrm, en ajustant la marge de phase à 50 degrés et en poussant la fréquence de traversée à environ 46 kHz.

Pour la vérification de l'ondulation vrm optimisée, vous pouvez voir que l'ondulation est considérablement réduite à 33 MV, capable de répondre aux exigences du dispositif.

Le cas ci - dessus est le processus de localisation rapide d'un problème d'alimentation en utilisant la fonction FFT de l'oscilloscope, à partir de cet exemple, on peut voir que la fonction d'analyse du Domaine fréquentiel de l'oscilloscope peut jouer un rôle important lors de la mise en service du circuit. La fonction FFT de l'oscilloscope associée à une longue profondeur de stockage permet d'analyser facilement les signaux de longue période à basse fréquence, un avantage qui est relativement important dans la mise en service de circuits numériques.