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功率電感:使用示波器頻域方法分析電源噪聲(下)

2015/5/8

  電源噪聲測(cè)量時(shí)不要求較高的采樣率,所以可以設(shè)置很長(zhǎng)的時(shí)基,這也意味著采集的信號(hào)時(shí)間可以足夠長(zhǎng),可以認(rèn)為覆蓋到了整個(gè)有效信號(hào)的時(shí)間跨度,此時(shí)不需要添加窗函數(shù)。調(diào)整以上設(shè)置可以得到比較準(zhǔn)確的FFT變換曲線(xiàn)了,再通過(guò)zoom功能查看感興趣的頻點(diǎn)。如下圖中電源噪聲的主要能量集中在11.3KHz左右,并以該頻率為基波頻率諧振。據(jù)此可以推斷本PDN網(wǎng)絡(luò)在11.3KHz處的阻抗不能滿(mǎn)足要求,電容電感在該頻點(diǎn)的阻抗也比較高,起不到降低阻抗的作用,所以前面增加電容并不能減小電源噪聲。

  一般來(lái)說(shuō),11.3KHz應(yīng)該是VRM的管轄范圍,此處出現(xiàn)較大噪聲說(shuō)明VRM電路設(shè)計(jì)不能滿(mǎn)足要求。這里對(duì)VRM的性能進(jìn)行分析,VRM分析的方法眾多,此處主要采用仿真其反饋環(huán)路波特圖的手段。波特圖主要觀(guān)察幾個(gè)關(guān)鍵信息:1、穿越頻率,增益曲線(xiàn)穿越0dB線(xiàn)的頻率點(diǎn);2、相位裕度,相位曲線(xiàn)在穿越頻率處所對(duì)應(yīng)的相位值;3、增益裕度,相位在-360°時(shí)所對(duì)應(yīng)的增益值。這里我們主要關(guān)注穿越頻率和相位裕度這兩個(gè)指標(biāo)。從VRM的環(huán)路波特圖(如下圖a)可以看到,VRM的穿越頻率在8KHz左右,相位裕度37度。這里存在兩個(gè)問(wèn)題:首先VRM的相位裕度一般需要大于45度才能保證環(huán)路的穩(wěn)定工作,這里相位裕度稍小一些,需要增加相位裕度;其次穿越頻率太低,穿越頻率附近VRM的調(diào)整作用逐漸降低,而此頻點(diǎn)bulk電容還起不到作用,所以在8KHz附近會(huì)存在較高的阻抗,這個(gè)頻點(diǎn)的噪聲抑制作用較差。下圖(b)是優(yōu)化VRM環(huán)路之后的波特圖,調(diào)整相位裕度到50度,穿越頻率推到46KHz左右。上述案例是使用示波器FFT功能快速定位電源問(wèn)題的過(guò)程,從這個(gè)例子可以看到示波器的頻域分析功能在電路調(diào)試時(shí)可以發(fā)揮很大作用。示波器的FFT功能配合長(zhǎng)存儲(chǔ)深度可以很方便地分析低頻率長(zhǎng)周期信號(hào),這個(gè)優(yōu)勢(shì)在數(shù)字電路調(diào)試中比較突出。

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