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泰克示波器在電源環(huán)路響應(yīng)測試方案

發(fā)布日期：2023-10-23 作者: 安泰測試瀏覽數(shù)：

電源是現(xiàn)代工業(yè)的基石，為了設(shè)計出效率更高、噪聲更小的電源類產(chǎn)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(jīng)常提到的開關(guān)損耗、輸入電源質(zhì)量、輸出紋波測試等以外，我們還會涉及到環(huán)路響應(yīng)測試。
　　環(huán)路響應(yīng)測試幫助評估開關(guān)電源的穩(wěn)定性，利用伯德圖來觀察電源控制環(huán)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(huán)路穩(wěn)定性的方法。傳統(tǒng)方法是需要使用網(wǎng)絡(luò)分析儀或者專有的設(shè)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(fā)工程師現(xiàn)有的泰克示波器設(shè)備來進(jìn)行環(huán)路響應(yīng)測試。

可以使用配有信號源的示波器測量反饋環(huán)路電路在其工作條件下的特性。在進(jìn)行環(huán)路響應(yīng)測量的時候需要利用相應(yīng)的電路把信號源提供的掃頻信號疊加到被測的反饋環(huán)路上，我們可以使用第三方的信號注入器產(chǎn)品例PICOTEST J2100系列。利用示波器內(nèi)嵌的功能控制模塊或者上位機(jī)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(cè)的同頻點信號，隨后把這兩個測量結(jié)果進(jìn)行比值計算得到最終的測量結(jié)果。

泰克示波器在電源環(huán)路響應(yīng)測試方案(圖1)

　　注入的掃頻信號幅度不能太高，以避免反饋環(huán)路進(jìn)入非線性區(qū)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(jù)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(jīng)過電源反饋環(huán)路的抑制還會進(jìn)一步衰減，在整個掃頻過程中要求整體測量系統(tǒng)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(jìn)的硬件設(shè)計，具有先天性的優(yōu)勢。對于其他示波器也應(yīng)當(dāng)啟動高分辨率模式以便獲取更好的測試結(jié)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(huán)路的工作；另一方面，在掃頻的過程中由于監(jiān)測的信號往往可能會達(dá)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(huán)路響應(yīng)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(yōu)先推薦的配置。

泰克示波器在電源環(huán)路響應(yīng)測試方案(圖2)

常規(guī)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(huán)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(huán)路的穿越頻率一般都在這個范圍內(nèi)。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(tǒng)最好能允許控制注入信號在不同頻段設(shè)置不同的幅度，這樣也有助于快速高效地完成環(huán)路響應(yīng)測試。

泰克示波器在電源環(huán)路響應(yīng)測試方案(圖3)

　　當(dāng)我們準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)（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(nèi)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(nèi)置的環(huán)路響應(yīng)分析功能和基于泰克MDO3000配合上位機(jī)程序?qū)τ趦蓚€不同電源進(jìn)行環(huán)路響應(yīng)測試的實測結(jié)果：

泰克示波器在電源環(huán)路響應(yīng)測試方案(圖4)

泰克示波器在電源環(huán)路響應(yīng)測試方案(圖5)

　　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(biāo)去
　　檢查每一個測試頻點處的增益和相位以獲得更詳細(xì)的信息，以幫助我們針對性地改善電源設(shè)計。
　　系統(tǒng)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(huán)路響應(yīng)測試軟件