Problème de mesure du bruit de l'alimentation électrique de mesure du domaine de fréquence de l'oscilloscope
Dans le processus d'analyse du bruit d'alimentation, la méthode la plus classique consiste à utiliser un oscilloscope pour observer la forme d'onde du bruit d'alimentation et mesurer son amplitude, afin de déterminer la source du bruit d'alimentation. Cependant, à mesure que la tension des appareils numériques diminue progressivement et que le courant augmente progressivement, la conception de l'alimentation devient plus difficile et des méthodes de test plus efficaces doivent être utilisées pour évaluer le bruit de l'alimentation. Cet article est un cas d'utilisation de la méthode du domaine fréquentiel pour analyser le bruit de l'alimentation électrique. Lorsque le défaut ne peut pas être localisé en observant la forme d'onde du domaine temporel, la conversion temps-fréquence est effectuée via la méthode FFT (Fast Fourier Transform), et la forme d'onde du bruit de l'alimentation dans le domaine temporel est convertie en domaine fréquentiel pour analyse. Lors du débogage du circuit, l'affichage des caractéristiques du signal du point de vue du domaine temporel et du domaine fréquentiel peut effectivement accélérer le processus de débogage.
Au cours du processus de débogage d'une seule carte, il a été constaté que le bruit de l'alimentation d'un réseau atteignait 80 mV, ce qui dépassait les exigences de l'appareil. Afin de garantir que l'appareil puisse fonctionner de manière stable, le bruit de l'alimentation doit être réduit.
Avant de déboguer ce défaut, passez en revue les principes de suppression du bruit de l’alimentation. Différentes bandes de fréquences du réseau de distribution d’énergie utilisent différents composants pour supprimer le bruit. Les composants de découplage comprennent des modules de régulation de puissance (VRM), des condensateurs de découplage, des paires de plans de masse d'alimentation PCB, des boîtiers de dispositifs et des puces. Le VRM comprend une puce d'alimentation et une capacité de sortie périphérique, qui fonctionne approximativement du courant continu à la basse fréquence (environ 100 K). Son modèle équivalent est un modèle à deux composants constitué d'une résistance et d'une inductance. Il est préférable d'utiliser des condensateurs de découplage avec des condensateurs de plusieurs ordres de grandeur pour couvrir entièrement la bande des moyennes fréquences (environ 10K à 100M). En raison de l'existence d'une inductance de câblage et d'une inductance de boîtier, même si un grand nombre de condensateurs de découplage sont empilés, il sera difficile de fonctionner à des fréquences plus élevées. Le plan de masse de l'alimentation PCB forme un condensateur à plaques, qui a également un effet de découplage, d'environ plusieurs dizaines de mégaoctets. L'emballage des puces et les puces sont responsables des bandes haute fréquence (au-dessus de 100 M). Les appareils haut de gamme actuels ajoutent généralement des condensateurs de découplage au boîtier. À l'heure actuelle, la plage de découplage sur le PCB peut être réduite à des dizaines de mégaoctets, voire plusieurs mégaoctets. Par conséquent, lorsque la charge de courant reste inchangée, il suffit de déterminer dans quelle bande de fréquence le bruit de tension apparaît, puis d'optimiser les composants de découplage correspondant à cette bande de fréquence. Les deux éléments de découplage coopéreront dans des bandes de fréquences adjacentes, de sorte que les éléments de découplage dans des bandes de fréquences adjacentes doivent également être pris en compte lors de l'analyse des points critiques des éléments de découplage.
Sur la base de l'expérience traditionnelle de débogage de l'alimentation électrique, certains condensateurs de découplage ont d'abord été ajoutés au réseau pour augmenter la marge d'impédance du réseau d'alimentation afin de garantir que l'impédance du réseau d'alimentation dans la bande moyenne fréquence puisse répondre aux besoins de l'application. scénario. Le résultat n’est qu’une réduction de quelques mV de l’ondulation, une amélioration minime. Il existe plusieurs possibilités pour ce résultat : 1. Le bruit est à basse fréquence et n'est pas dans la portée de ces condensateurs de découplage ; 2. L'ajout de capacité affecte les caractéristiques de boucle du régulateur de puissance VRM, et la réduction d'impédance provoquée par la capacité est liée au VRM. La détérioration est compensée. En gardant cette question à l'esprit, nous avons envisagé d'utiliser la fonction d'analyse du domaine fréquentiel de l'oscilloscope pour visualiser les caractéristiques spectrales du bruit de l'alimentation et localiser la source du problème.
La fonction d'analyse du domaine fréquentiel de l'oscilloscope est réalisée par transformée de Fourier. L'essence de la transformée de Fourier est que toute séquence dans le domaine temporel peut être exprimée comme une superposition infinie de signaux sinusoïdaux de différentes fréquences. Nous analysons les informations de fréquence, d'amplitude et de phase de ces ondes sinusoïdales, ce qui constitue une méthode d'analyse qui fait passer le signal du domaine temporel au domaine fréquentiel. La séquence échantillonnée par un oscilloscope numérique est une séquence discrète, c'est pourquoi la transformée de Fourier rapide (FFT) est la plus couramment utilisée dans notre analyse. L'algorithme FFT est optimisé à partir de l'algorithme de transformée de Fourier discrète (DFT). Le nombre de calculs est réduit de plusieurs ordres de grandeur, et plus il y a de points à calculer, plus les économies de calculs sont importantes.
