باستخدام حل بسيط قائم على المسبار ، يمكنك التعرف بسرعة على حساسية PDN عبر الإنترنت ، بما في ذلك موقع مصدر اهتزاز الساعة.
تعد ضوضاء شبكة توزيع الطاقة (PDN) واحدة من أكثر المشكلات شيوعًا في التطبيقات منخفضة الطاقة. سواء كنت تقوم بتزويد الطاقة لـ ADC أو الساعات أو LNAs أو شبكات البيانات الرقمية أو تطبيقات RF الحساسة ، فإن ضبط مصدر الطاقة بشكل صحيح أمر بالغ الأهمية. قد يتم إزعاج هذه الدوائر الحساسة بسبب ضوضاء مصدر الطاقة لبضعة ملي فولت أو أقل. نظرًا لهذه الحساسية الشديدة والتفاعل بين مصدر الطاقة وشبكة التوزيع والحمل ، غالبًا ما يكون من الضروري استكشاف أخطاء مصدر الطاقة وإصلاحها.
نظرًا للتفاعل بين مقاومة المصدر ومقاومة الحمل ، يجب إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها في الدارة الكهربائية، وعادة ما يكون الوصول المادي محدودًا للغاية. نتيجة لذلك ، يمكن أن تكون هذه عملية تستغرق وقتًا طويلاً.
حتى في الدوائر التي يبدو أنها تعمل بكامل طاقتها ، يتم عادةً تقييم حساسية مصدر الطاقة. هذه هي أفضل طريقة لتحديد المشاكل المحتملة التي قد تنشأ بسبب التشغيل والتحمل البيئي.
في نموذج التطبيق هذا ، سنعرض بعض أدوات الاختبار البسيطة التي سيتم استخدامها مع محلل الطيف والشبكة للمساعدة في دعم تحقيقات مصدر ضوضاء مصدر الطاقة.
يوضح الشكل 1 اللوحة التجريبية للتدريب Picotest VRTS3 ، والتي تتضمن مجموعة متنوعة من أمثلة الدوائر لدعم أنواع متعددة من القياسات.
الشكل 1: لوحة تجريبية للتدريب Picotest VRTS3 ، تعرض تخطيط LDO والساعة.
إحدى هذه الدوائر النموذجية هي ساعة بتردد 125 ميجا هرتز (OSC401) مدعومة بتسرب منخفض (LDO) منظم (U301). يمكن استخدام مفتاح DIP ذو الأربعة مواضع (S301) لتوصيل أو فصل أربعة مخرجات مختلفة المكثفات مع LDO لتغيير استقرار مصدر الطاقة.
The schematic circuit diagram of Figure 2 shows the LDO linear regulator (LT1086), which supplies power to the 125 MHz clock oscillator OSC401 through a slide switch (SEL1). It is worth noting that the 0.01 uF decoupling مكثف C402 (on the right).
الشكل 2: LDO ودائرة الساعة
يمكن أن يؤدي استخدام مولد مشط متناسق عريض النطاق ومسبار خط نقل سلبي أحادي المنفذ إلى تحديد حساسية ضوضاء مصدر الطاقة بسرعة وسهولة.
يوفر المشط التوافقي J2150A مصدر ضوضاء واسع النطاق بمقاومة خرج تبلغ 50 درجة. وهو موجود في شكل "عصا" USB فائقة الحمل. توفر الأمشاط التوافقية ضوضاء في نطاق التردد من 1 كيلو هرتز إلى أكثر من 1 جيجا هرتز في ثلاثة نطاقات تردد. النطاق يتركز عند 1 كيلو هرتز و 100 كيلو هرتز و 8 ميجا هرتز. يتم إنشاء التوافقيات من خلال اهتزاز الوقت والتردد لنبض الخرج. يمكن أن يمتد المشط تلقائيًا على هذه النطاقات ، أو يمكن قفله في نطاق تردد واحد. على الرغم من أن معظم الأدوات تحتوي على العديد من منافذ USB غير المستخدمة ، يمكن أيضًا تشغيل المشط بواسطة بطارية احتياطية شائعة للهاتف الخلوي لتوفير حل محمول.
النطاق العريض العاصمة وحدة يتم عادةً تضمينه بين حاقن المشط والمسبار لعزل مقاومة التيار المستمر البالغة 50 أوم عن الدائرة قيد الاختبار. يمكن عرض طيف الساعة على راسم الذبذبات باستخدام محلل طيف اختياري أو محلل مصدر الإشارة أو محلل الطيف. الاستقرار والممانعة الموزعة لل الجهد االكهربى يمكن بسهولة رؤية المنظم على أنه نطاقات جانبية أو اهتزاز في طيف الساعة.
الشكل 3: يبرز مخطط طيف الذبذبات هذا حركة الساعة عند حوالي 6 ميجاهرتز. تُستخدم هذه الفروع لتوضيح تقنية استكشاف الأخطاء وإصلاحها بسيطة وسريعة.
مسبار خط نقل Picotest فريد من نوعه. يمكن أن يوفر كسبًا للوحدة واتصالًا ثنائي الاتجاه 50 درجة لمختلف الأدوات من خلال مجموعة متنوعة من تحقيقات المتصفح المريحة لاكتشاف شبكات توزيع الطاقة. كما هو موضح في هذا المثال ، يسمح هذا باستخدام المسبار لحقن الإشارة ، أو استخدام نفس المسبار لقياس الضوضاء. اتصال المسبار هو موصل 50Ω SMA عالمي ، والذي يمكن توصيله بمعظم الأجهزة.
في هذا المثال ، تستخدم بنية المشط التوافقي مسبارًا أحادي المنفذ لحقن إشارات النطاق العريض في غطاء الفصل (C1) للساعة ، كما هو موضح في الشكل 402. راقب طيف التردد للساعة على موصل SMA J4.
الشكل 4: أداة بسيطة لكنها فعالة تدعم استعلام PDN وتقييم تذبذب الساعة. وهو يشتمل على مولد إشارة النطاق العريض ذو المشط التوافقي J2150A (يسار) ، ومسبار سلبي ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه 1 درجة ومنفذين (يسار).
عند تحريك نقطة حقن الضوضاء إلى المنظم الخطي (مثل تتبع لوحة الدوائر المطبوعة ، ولكنها تقع في اتجاه مجرى الساعة) ، لاحظنا أنه عند -45dBc في الشكل 7 ، تكون ضوضاء النطاق الجانبي للساعة أصغر بكثير. تخبرنا هذه المعلومات أن الرنان يقع بين المنظم والساعة. يشمل الرنين محاثة آثار لوحة الدوائر المطبوعة ومكثف الفصل C402.
الشكل 5: المشط التوافقي J2150A (الشكل الداخلي في الشكل 3) متصل بالمسبار أحادي المنفذ من خلال مانع التيار المستمر P1A ويستخدم لحقن الإشارة في C2130 (VDD لمذبذب الساعة 402 ميجا هرتز). راقب طيف الساعة على موصل SMA J125.
من خلال تحديد موقع الرنين على مدار الساعة ، يمكننا استخدام قيمة مكثف الفصل (10 nF) وتردد الطنين 7.5 ميجاهرتز (7.5 ميجاهرتز) لحساب الممانعة المميزة لاتصال ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكن حساب الممانعة المميزة على أنها 1 / (2 * PI * 7.5 MHz * 10 nF) ، وهي 2.1Ω في هذه الحالة. سيؤدي وضع مفتاح SEL1 في الوضع الأوسط (OFF) إلى إدخال 2.4 درجة المقاوم (R305) بين المنظم الخطي والساعة لقمع الرنين. كما هو مبين في الشكل 8 ، يتم التخلص من النطاقات الجانبية لطيف الساعة البالغ 7 ميجاهرتز ، مما يوضح أنه يمكن قمع الرنين بشكل فعال عن طريق زيادة المقاومة التسلسلية بين المنظم الخطي والساعة.
الشكل 6: يُظهر استعلام PDN الذي يستخدم مجموعة إشارات نمط البحث المشط رنينًا يقارب 7.5 MHz ، كما يظهر في النطاقات الجانبية الطيفية حول التردد الأساسي للساعة. لاحظ أن قيمة الذروة حوالي -30 ديسيبل.
باستخدام محلل شبكة المتجهات (VNA) لقياس مقاومة مكثف فصل الساعة ، يمكن تأكيد تأثيرات الرنين والتخميد بسهولة. يوضح الشكل 9 نتائج القياس لمكثفي خرج منظم خطي مختلفين وإدخال R305.
الشكل 7: عن طريق حقن الضوضاء في مواقع مختلفة داخل PDN ، يمكن تحديد موقع مصدر الضوضاء بسرعة. لاحظ أن النطاق الجانبي أقل بحوالي 15 ديسيبل مما هو عليه في الشكل 6. وهذا يخبرنا أن الرنين يحدث على مدار الساعة وليس عند المنظم.
على الرغم من أن النطاقات الجانبية لا تبدو شديدة جدًا ، إلا أنها يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الأداء ، وهي أكثر حدة بكثير من الجوانب الأخرى. أولاً ، يرجى ملاحظة أن النطاق الجانبي في الشكل 3 يظهر عند 6 ميجاهرتز ، وقد قررنا أن رنين ثنائي الفينيل متعدد الكلور يبلغ 7.5 ميجاهرتز. ثانيًا ، تظهر نتائج القياس في الشكل 9 أنه عند 6 ميجاهرتز ، تكون المعاوقة أقل بحوالي 5 ديسيبل من الممانعة عند الذروة 7.5 ميجاهرتز ، وعند 9 ميجاهرتز ، تكون المعاوقة أقل بحوالي 15 ديسيبل من الممانعة عند ذروة 7.5 ميجاهرتز .
الشكل 8: يتم التخلص من النطاق الجانبي للساعة 7 ميجا هرتز عن طريق إدخال المقاوم المتسلسل بين المنظم والساعة ، وبالتالي قمع صدى ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
إذن ، ما الذي ألهم الرنين؟ يتم أيضًا توفير منظم نقطة تبديل تحميل (POL) 2.8 ميجا هرتز على لوحة العرض VRTS3. التوافقيات الثانية والثالثة قريبة بدرجة كافية من ذروة الرنين لتوليد ضوضاء على مدار الساعة. يمكننا تحديد تردد تبديل POL كمولد للضوضاء لأنه تم تضمين مفتاح تمكين في لوحة التدريب VRTS3 لهذا الغرض. إذا تم إيقاف تشغيل منظم التبديل ، فسيختفي النطاق الجانبي لساعة 6 ميجا هرتز. يفسر هذا أيضًا سبب سؤالنا عن الدائرة ، على الرغم من أن الدائرة تعمل بشكل صحيح.
الشكل 9: في اثنين من مكثفات خرج منظم خطي مختلفين (يتم تحديدهما بواسطة المفتاح S301) ، يمكن رؤية الرنين 7.5 ميجا هرتز (تتبع أحمر ، أزرق) بوضوح. يمكن أن يؤدي إدخال المقاوم 2.4Ω إلى منع الرنين (التتبع الأخضر) ، وبالتالي تقليل المقاومة عند 7.5 ميجا هرتز بحوالي 15 ديسيبل.
تردد التشغيل لمنظم التبديل لديه تفاوت 750 كيلو هرتز ، كما أن مكثف الفصل لديه تفاوت. يمكن أن تنقل هذه التفاوتات التوافقية الثانية لمنظم التبديل بسهولة إلى التردد الذي يظهر في ذروة المقاومة ، وبالتالي زيادة ضوضاء الساعة بشكل ملحوظ. على الرغم من أنه من غير المحتمل أن ترى محاذاة التردد هذه في الاختبار الاسمي ، فمن المرجح أن تتعرف على محاذاة التردد من خلال استعلام PDN هذا.
بشكل عام ، حددنا بسرعة حساسية PDN ، مما أدى إلى زيادة تذبذب الساعة. حددنا الضوضاء ، وحددنا مصدر الضوضاء والمقاومة المميزة ، وقمنا بتصحيح المشكلة بسهولة عن طريق تسوية مقاومة سكة الطاقة على مدار الساعة. باستخدام مولد المشط التوافقي المحمول للغاية (Picotest J2150A) ، ومسبار محمول باليد أحادي المنفذ (Picotest P1A) وراسم الذبذبات (Keysight Infiniium S) ، يمكن إكمال جميع العمليات في بضع دقائق فقط.
يوفر Picotest مجموعة متنوعة من الحلول المجمعة لتحسين واختبار واستكشاف مشكلات سلامة الطاقة ، مثل اهتزاز الساعة ، ويدعم مختلف الأدوات ومجالات القياس. يتم استخدام مولد المشط التوافقي J2150A الذي تم إطلاقه مؤخرًا جنبًا إلى جنب مع مسبار P2100A أحادي المنفذ. على الرغم من قوتها ، إلا أنها مجرد حل.