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使用示波器頻域方法分析電源噪聲

作者: 時間:2017-01-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  1、根據(jù)耐奎斯特抽樣定律,變換之后的頻譜展寬(Span)對應(yīng)與原始信號的采樣率的1/2,如果原始信號的采樣率為1GS/s,則FFT之后的頻譜展寬最多是500MHz;
  2、變換之后的頻率分辨率(RBW Resolution Bandwidth)對應(yīng)于采樣時間的倒數(shù),如果采樣時間為10mS,則對應(yīng)的頻率分辨率為100Hz;
  3、頻譜泄漏,即信號頻譜中各譜線之間相互干擾,能量較低的譜線容易被臨近的高能量譜線的泄漏所淹沒。避免頻譜泄漏可以盡量采集速率與信號頻率同步,延長采集信號時間及使用適當?shù)拇昂瘮?shù)。
  電源噪聲測量時不要求較高的采樣率,所以可以設(shè)置很長的時基,這也意味著采集的信號時間可以足夠長,可以認為覆蓋到了整個有效信號的時間跨度,此時不需要添加窗函數(shù)。調(diào)整以上設(shè)置可以得到比較準確的FFT變換曲線了,再通過zoom功能查看感興趣的頻點。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處的阻抗不能滿足要求,電容在該頻點的阻抗也比較高,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。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201701/337785.htm


  一般來說,11.3KHz應(yīng)該是VRM的管轄范圍,此處出現(xiàn)較大噪聲說明VRM電路設(shè)計不能滿足要求。這里對VRM的性能進行分析,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。波特圖主要觀察幾個關(guān)鍵信息:1、穿越頻率,增益曲線穿越0dB線的頻率點;2、相位裕度,相位曲線在穿越頻率處所對應(yīng)的相位值;3、增益裕度,相位在-360°時所對應(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指標。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。這里存在兩個問題: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bulk電容還起不到作用,所以在8KHz附近會存在較高的阻抗,這個頻點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。

(a)原始波形圖

(b)優(yōu)化后波形圖


  對優(yōu)化后的VRM驗證紋波,可以看到紋波明顯降低到33mv,能夠滿足器件要求。


  上述案例是使用示波器FFT功能快速定位電源問題的過程,從這個例子可以看到示波器的頻域分析功能在電路調(diào)試時可以發(fā)揮很大作用。示波器的FFT功能配合長存儲深度可以很方便地分析低頻率長周期信號,這個優(yōu)勢在數(shù)字電路調(diào)試中比較突出。


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