8通道示波器讓電源排序檢驗變得更輕松

大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)使用不止一根電源排線，許多使用4根或更多。單個IC，例如FPGA、DSP或微控制器，可能具有特定的時序要求。例如，一家芯片制造商可能推薦要在內(nèi)核電壓供電穩(wěn)定之后，才會施加I/O供電電壓。另一家制造商可能要求應(yīng)在相對的規(guī)定時間內(nèi)供電，以避免各個供電引腳上電壓差拖長。處理器和外部存儲器之間上電順序可能也非常關(guān)鍵。

芯片制造商可能會規(guī)定特定電源必須以單順序方式啟動，以避免多個上電復(fù)位。這可能極具挑戰(zhàn)性，因為涌入電流可能會對負載點穩(wěn)壓器提出很高的瞬態(tài)要求。在這種情況下，電源線啟動形狀與定時順序一樣重要。

一旦把各種芯片供電要求、整體供電、基準供電及其他IC多個負載點穩(wěn)壓器組合在一起，您會很快遇到七八根電源線。

使用4通道示波器檢驗嵌入式系統(tǒng)中的電源線定時可能會非常耗時，但這是大多數(shù)工程師必須要做的事。在我們與示波器用戶溝通時，評估開機順序和關(guān)機順序是工程師想要4條以上通道的最常見的原因之一。在本文中，我們將簡要介紹使用4通道示波器評估開機順序和關(guān)機順序，并演示使用8通道示波器的部分實例。

傳統(tǒng) 4通道示波器方法

其中一種方法是采用分模塊方式分析電源系統(tǒng)，即使用多次采集，逐個模塊檢查定時。為比較不同模塊，可以使用其中一條上電軌跡或Power Good/Fail信號作為觸發(fā)，可以進行多次捕獲，確定相對于基準信號的啟動時間和關(guān)機時間。由于是在多個功率周期中進行采集，因此很難表征電源相對定時偏差。但是，通過使用示波器上的無限余輝功能，可以確定多個功率周期上每個電源在不同周期中的變化范圍。

另一種常見方法是“級聯(lián)”多臺示波器，通常方式是在其中一個電源或在共同的Power Good/Fail信號上觸發(fā)示波器。

這兩種方法都耗時長，要求特別注意同步：

· 處理同步和時間不確定度要謹慎

· 可以匯集數(shù)據(jù)，開發(fā)系統(tǒng)定時圖，但耗時很長

· 復(fù)雜度會隨著觀測的功率軌道數(shù)量提高

· 設(shè)置必須完美統(tǒng)一

· 必須使用一條測量通道來提供同步

使用MSO擴展通道數(shù)量

混合信號示波器可以為電源排序提供更多的通道。為此，MSO在數(shù)字輸入上必須有適當(dāng)?shù)碾妷悍秶?，并可獨立調(diào)節(jié)閾值。例如，帶有MSO選項的泰克MDO4000C提供了16個數(shù)字輸入，為每條通道提供獨立閾值，直到200 MHz支持± 30 Vp-p動態(tài)范圍，適合典型設(shè)計中的大多數(shù)電壓電平。注意如果您的目標是嚴格地測量定時關(guān)系，那么特別適合這種方法，但不能測量開機/關(guān)機的上升/下降時間或形狀(單調(diào)性)。

8通道示波器加快處理速度

與前面所有方法相比，使用具有8條模擬通道的示波器可以明顯縮短時間，減少混亂。在8通道示波器中，可以使用模擬探頭表征擁有最多8條電源排線。為測量擁有8條以上電源排線開機和關(guān)機定時關(guān)系，也可以使用擁有數(shù)字信號輸入及獨立可調(diào)閾值的混合信號示波器。

現(xiàn)在，讓我們看一些典型的電源測序應(yīng)用。

帶遠程開/關(guān)的開機延遲

下面截圖中被測的開關(guān)電源生成了一個高電流、穩(wěn)壓的12 VDC輸出。這個電源通過儀器前面板上的開關(guān)進行遠程遙控。在開關(guān)按下后不久，+5 V待機電源打開，開關(guān)轉(zhuǎn)換器啟動。在+12 V輸出穩(wěn)定后，Power Good (PW OK)信號變?yōu)楦唠娖?，向負載表明供電可靠。

+5 V待機電壓信號為相關(guān)信號采集提供一個簡單的上升沿觸發(fā)。自動測量功能檢驗輸出電壓啟動延遲是否為100 ms，從輸出電壓啟動到PW OK的延遲位于100 – 500 ms的規(guī)范范圍內(nèi)。

這個截圖顯示在按下前面板開關(guān)后測量AC/DC開關(guān)電源啟動情況。

帶遠程開/關(guān)的關(guān)機延遲

在電源主開關(guān)關(guān)閉后，開關(guān)轉(zhuǎn)換器關(guān)閉，輸出電壓降低。根據(jù)規(guī)范，在開關(guān)按下后電源至少要保持穩(wěn)壓20 ms。最重要的是，根據(jù)規(guī)范，+12 V輸出電壓落到穩(wěn)壓范圍之外前，PW OK信號要下降5 – 7 ms，從而允許負載時間反應(yīng)和干凈地關(guān)機。

如下圖所示，PW OK信號為采集相關(guān)信號提供了一個下降沿觸發(fā)。波形光標測量檢驗PW OK預(yù)警信號的工作方式滿足規(guī)范。

可以使用波形光標測量，檢驗PW OK預(yù)警信號的工作方式滿足規(guī)范。

檢驗多個功率周期中的定時

為檢驗電源開機定時在多個功率周期中一直位于規(guī)范范圍內(nèi)，可以使用無限余輝，顯示信號定時變化，自動定時測量統(tǒng)計畫面會量化偏差。在下面所示的設(shè)置中，+5V待機電壓的50%點作為定時基準。開機序列重復(fù)10次，10次開機周期中的定時偏差略高于1%。

可以使用無限余輝和測量統(tǒng)計，實現(xiàn)重復(fù)的開機定時測量。

負載點穩(wěn)壓電源定時

下面的截圖顯示了一塊系統(tǒng)電路板在開機過程中7個負載點供電的開啟時間。電路板的輸入電源是上例中的+5V待機信號和+12 VDC整體電壓。

這一測試中的自動開機延遲測量在每個波形自動計算出的50%點之間進行，因此每項測量有不同的配置，有不同的測量閾值集。第一項測量顯示了從+5 V待機信號到整體+12 V供電之間的延遲，第二項測量是+5V供電的延遲。其余測量是市電+5 V供電的關(guān)鍵延遲序列。

這一測量顯示了7個穩(wěn)壓電源的開機定時。

穩(wěn)壓電源的關(guān)機定時

這一測試中的自動關(guān)機延遲測量在低于標稱值5%的每個波形點之間進行。與以前基于百分比的測量閾值不同，每項測量都有一個絕對電壓閾值。在電源關(guān)斷時，Power Good信號下降。如下面的截圖所示，部分電源負載更重，關(guān)機更快。

從圖中可以看出，部分電源負載更重，關(guān)機更快。

8個以上軌道的開機定時

自動時延測量基于信號越過各自閾值電壓的時間。由于每個自動測量配置都會包括唯一的閾值(一般是信號幅度的50%)，每條數(shù)字通道可能會有唯一的閾值(一般也設(shè)置成電源電壓的50%)，因此混合信號示波器可以進行下面所示的電源時延測量，直到可用的數(shù)字輸入數(shù)。根據(jù)MSO型號，通道數(shù)量可以在8~64之間。

這顯示了使用數(shù)字通道檢驗8個以上穩(wěn)壓電源的開機定時。

電源上升時間測量

除電源排序外，必須控制電源的上升時間，滿足系統(tǒng)中部分關(guān)鍵元件的規(guī)范。自動上升時間和下降時間測量也是基于電壓基準點進行的，在默認情況下，會自動計算電壓基準點為每條通道信號幅度的10%和90%。在下面顯示的簡單實例中，顯示畫面右側(cè)的結(jié)果框中顯示了正極供電的上升時間和負極供電的下降時間。

截圖顯示，畫面右側(cè)的結(jié)果框中顯示了上升時間和下降時間測量。