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          >  應用案例

        泰克TPP0502電壓探頭在電源環路響應測試方案

          發布時間: 2022-09-19      瀏覽量:196
               電源是現代工業的基石,為了設計出效率更高、噪聲更小的電源類產品,工程師就需要花更多的時間和精力在電源的完整性上面(PDN),而針對電源完整性來說除了我們經常提到的開關損耗、輸入電源質量、輸出紋波測試等以外,我們還會涉及到環路響應測試。
          環路響應測試幫助評估開關電源的穩定性,利用伯德圖來觀察電源控制環路在不同頻率下的增益和相位,是一種被廣泛采用的高效且直觀的判斷環路穩定性的方法。傳統方法是需要使用網絡分析儀或者專有的設備來測試,但是相對來說這種測試成本就非常高了。我們推薦使用電源開發工程師現有的泰克示波器設備來進行環路響應測試。

        可以使用配有信號源的示波器測量反饋環路電路在其工作條件下的特性。在進行環路響應測量的時候需要利用相應的電路把信號源提供的掃頻信號疊加到被測的反饋環路上,我們可以使用第三方的信號注入器產品例PICOTEST J2100系列。利用示波器內嵌的功能控制模塊或者上位機軟件控制信號源通過信號注入器將掃頻信號輸入到注入電阻兩端,并利用示波器測量注入電阻兩側的同頻點信號,隨后把這兩個測量結果進行比值計算得到最終的測量結果。

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          注入的掃頻信號幅度不能太高,以避免反饋環路進入非線性區域。但也需要注意,由于注入電阻本身的阻值較低,從信號源輸出的信號幅度會被大幅的衰減,所以控制信號源的輸出幅度時也不能太低,需要根據待測物的實際工作電壓、本身噪聲情況等因素來選擇合理的幅值。此外,注入的信號經過電源反饋環路的抑制還會進一步衰減,在整個掃頻過程中要求整體測量系統能夠具備較低的底噪,以及良好的小信號拾取能力。

        泰克新4、新5系示波器仰賴于其12bit的ADC以及先進的硬件設計,具有先天性的優勢。對于其他示波器也應當啟動高分辨率模式以便獲取更好的測試結果。在探頭方面,一方面我們要使用高輸入阻抗的探頭來完成探測,以免影響反饋環路的工作;另一方面,在掃頻的過程中由于監測的信號往往可能會達到10mV的量級乃至更低,通常的10:1探頭會引入極大的誤差,因此我們必須使用1:1或者2:1的低衰減比探頭,例如泰克P2220 6MHz帶寬1:1探頭或者TPP0502 500MHz探頭2:1探頭,并注意盡量使用較短的地線。尤其是如果環路響應測試高頻段需要做到1MHz以上的場景,高帶寬的TPP0502探頭配合PicoTestJ2101A(10Hz-45MHz)是優先推薦的配置。

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        常規的測量頻率范圍通常是從10 Hz或100 Hz的低頻處開始測量。但一般說來,對測量DC-DC變換器的環路特征最重要的頻率范圍主要是在幾kHz到幾百kHz之間,電路輸出級LC濾波器的諧振頻率和環路的穿越頻率一般都在這個范圍內。此外,電源對于不同頻段的注入信號的擾動耐受和抑制能力各有不同,測試系統最好能允許控制注入信號在不同頻段設置不同的幅度,這樣也有助于快速高效地完成環路響應測試。

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          當我們準確采集到注入電阻兩端的電壓信號后,程序需要控制示波器測量在反饋網絡(Vin)的頂部和電源直流輸出(Vout)上的交流電壓電平,計算在掃描頻段內每個測試頻率點上的增益,dB=20Log(Vout/
          Vin),同時還測量Vin和Vout之間的相位差,并繪制出伯德圖。

        以下是分別使用泰克MSO5示波器內置的環路響應分析功能和基于泰克MDO3000配合上位機程序對于兩個不同電源進行環路響應測試的實測結果:

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          得到伯德圖之后,我們可以看到該待測電源的相位裕量、穿越頻率、增益裕量等信息,還可以使用游標去
          檢查每一個測試頻點處的增益和相位以獲得更詳細的信息,以幫助我們針對性地改善電源設計。
          系統配置:
          MSO4/5 MSO4或MSO5系示波器
          4/5-PWR MSO4或MSO5電源測試選件
          4/5-AFG MSO4或MSO5示波器AFG選件
          MDO3 MDO3系示波器
          3-AFG MDO3系示波器AFG選件
          MDO3000/混合域示波器
          MDO4000C
          MDO3AFG/MDO3000/4000示波器AFG選件
          MDO4AFG
          TPP0502 500MHz 2x電壓探頭
          P2220/P2221 6MHz 1x/200MHz 10x電壓探頭
          其他附件:
          Picotest J2100A/信號注入器
          J2101A

        TPS-5000-CLR電源環路響應測試軟件


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