Menggunakan solusi berbasis probe sederhana, Anda dapat dengan cepat mengidentifikasi sensitivitas online PDN, termasuk lokasi sumber jitter jam.
Kebisingan jaringan distribusi daya (PDN) adalah salah satu masalah paling umum dalam aplikasi daya rendah. Baik Anda memasok daya untuk ADC, jam, LNA, jaringan data digital, atau aplikasi RF sensitif, sangat penting untuk menyesuaikan catu daya dengan benar. Sirkuit sensitif ini mungkin terganggu oleh kebisingan catu daya beberapa milivolt atau lebih rendah. Karena sensitivitas ekstrim ini dan interaksi antara catu daya, jaringan distribusi dan beban, seringkali perlu untuk memecahkan masalah catu daya.
Karena interaksi antara impedansi sumber dan impedansi beban, pemecahan masalah harus dilakukan di: sirkit, dan akses fisik biasanya sangat terbatas. Akibatnya, ini bisa menjadi proses yang memakan waktu.
Bahkan di sirkuit yang tampaknya berfungsi penuh, sensitivitas catu daya biasanya dievaluasi. Ini adalah cara terbaik untuk mengidentifikasi potensi masalah yang mungkin timbul karena operasi dan toleransi lingkungan.
Dalam contoh aplikasi ini, kami akan mendemonstrasikan beberapa alat uji sederhana yang akan digunakan bersama dengan penganalisis spektrum dan jaringan Anda untuk membantu mendukung penyelidikan sumber kebisingan catu daya.
Gambar 1 menunjukkan papan demo pelatihan Picotest VRTS3, yang mencakup berbagai rangkaian contoh untuk mendukung berbagai jenis pengukuran.
Gambar 1: Papan demo pelatihan VRTS3 Picotest, menunjukkan LDO dan tata letak jam.
One of these example circuits is a 125 MHz clock (OSC401) powered by a low dropout (LDO) pengatur (U301). The four-position DIP switch (S301) can be used to connect or disconnect four different output Kapasitor dengan LDO untuk mengubah stabilitas catu daya.
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 kapasitor C402 (on the right).
Gambar 2: LDO dan sirkuit jam
Menggunakan generator sisir harmonik broadband dan probe saluran transmisi pasif 1-port dapat dengan cepat dan mudah mewujudkan identifikasi sensitivitas kebisingan catu daya.
Sisir harmonik J2150A menyediakan sumber kebisingan broadband dengan impedansi keluaran 50Ω. Itu terkandung dalam bentuk "tongkat" USB ultra-portabel. Sisir harmonik memberikan kebisingan dalam rentang frekuensi dari 1kHz hingga lebih dari 1GHz dalam tiga rentang frekuensi. Rentang ini berpusat pada 1kHz, 100kHz dan 8MHz. Harmonik dihasilkan oleh jitter waktu dan frekuensi dari pulsa keluaran. Sisir dapat secara otomatis menjangkau rentang ini, atau dapat dikunci dalam rentang frekuensi tunggal. Meskipun sebagian besar instrumen memiliki beberapa port USB yang tidak digunakan, sisir juga dapat ditenagai oleh baterai cadangan ponsel yang populer untuk memberikan solusi portabel.
A broadband DC modul is usually included between the comb injector and the probe to isolate the 50Ω DC impedance from the circuit under test. The clock spectrum can be viewed on an oscilloscope with an optional spectrum analyzer, signal source analyzer or spectrum analyzer. The stability and distributed impedance of the tegangan regulator dapat dengan mudah dilihat sebagai sidebands atau jitter dalam spektrum jam.
Gambar 3: Spektogram osiloskop ini menyoroti clock spur sekitar 6 MHz. Cabang-cabang ini digunakan untuk mendemonstrasikan teknik pemecahan masalah yang sederhana dan cepat.
Probe saluran transmisi Picotest unik. Ini dapat memberikan penguatan kesatuan dan koneksi 50Ω dua arah untuk berbagai instrumen melalui berbagai probe browser yang nyaman untuk mendeteksi jaringan distribusi daya. Seperti yang ditunjukkan dalam contoh ini, ini memungkinkan probe digunakan untuk menyuntikkan sinyal, atau menggunakan probe yang sama untuk mengukur noise. Sambungan probe adalah konektor SMA 50Ω universal, yang dapat dihubungkan ke sebagian besar instrumen.
Dalam contoh ini, struktur sisir harmonik menggunakan probe 1-Port untuk menyuntikkan sinyal broadband ke tutup decoupling (C402) jam, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Pantau spektrum frekuensi jam pada konektor SMA J3.
Gambar 4: Alat sederhana namun efektif mendukung kueri PDN dan evaluasi jitter jam. Ini termasuk generator sinyal broadband sisir harmonik J2150A (kiri), dan probe pasif 1Ω 2-port (tengah) dan 50-port dua arah dan isolator DC (kiri).
Memindahkan titik injeksi kebisingan ke regulator linier (sama seperti jejak papan sirkuit tercetak, tetapi terletak di hilir jam), kami perhatikan bahwa pada -45dBc pada Gambar 7, kebisingan pita samping jam jauh lebih kecil. Informasi ini memberitahu kita bahwa resonator berada di antara regulator dan jam. Resonansi termasuk induktansi jejak papan sirkuit tercetak dan kapasitor decoupling C402.
Gambar 5: Sisir harmonik J2150A (inset pada Gambar 3) terhubung ke probe 1-port melalui pemblokir DC P2130A dan digunakan untuk menyuntikkan sinyal ke C402 (VDD dari osilator jam 125MHz). Pantau spektrum jam pada konektor SMA J3.
Memposisikan resonansi pada jam, kita dapat menggunakan nilai kapasitor decoupling (10 nF) dan frekuensi resonansi 7.5 MHz (7.5 MHz) untuk menghitung impedansi karakteristik koneksi PCB. Impedansi karakteristik dapat dihitung sebagai 1/(2 * PI * 7.5 MHz * 10 nF), yaitu 2.1Ω dalam kasus ini. Menempatkan sakelar SEL1 di posisi tengah (OFF) akan memasukkan 2.4Ω Penghambat (R305) antara regulator linier dan jam untuk menekan resonansi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8, pita samping spektrum jam 7MHz dihilangkan, yang menunjukkan bahwa resonansi dapat ditekan secara efektif dengan meningkatkan resistansi seri antara regulator linier dan jam.
Gambar 6: Permintaan PDN menggunakan kumpulan sinyal pola pencarian sisir menunjukkan resonansi sekitar 7.5 MHz, seperti yang terlihat pada pita samping spektral di sekitar frekuensi dasar jam. Perhatikan bahwa nilai puncak kira-kira -30 dBc.
Dengan menggunakan penganalisa jaringan vektor (VNA) untuk mengukur impedansi kapasitor decoupling jam, efek resonansi dan redaman dapat dengan mudah dikonfirmasi. Gambar 9 menunjukkan hasil pengukuran dua kapasitor keluaran regulator linier yang berbeda dan penyisipan R305.
Gambar 7: Dengan menginjeksi kebisingan di lokasi yang berbeda dalam PDN, sumber kebisingan dapat dengan cepat ditemukan. Perhatikan bahwa sideband sekitar 15dB lebih rendah dari pada Gambar 6. Ini memberitahu kita bahwa resonansi terjadi pada jam dan bukan pada regulator.
Meskipun sidebands tidak tampak begitu parah, mereka dapat secara signifikan mempengaruhi kinerja, jauh lebih parah daripada aspek lainnya. Pertama, harap perhatikan bahwa pita samping pada Gambar 3 muncul pada 6 MHz, dan kami telah menentukan bahwa resonansi PCB berada pada 7.5 MHz. Kedua, hasil pengukuran pada Gambar 9 menunjukkan bahwa pada 6 MHz, impedansi sekitar 5 dB lebih rendah dari impedansi pada puncak 7.5 MHz, dan pada 9 MHz, impedansi sekitar 15 dB lebih rendah dari impedansi pada puncak 7.5 MHz. .
Gambar 8: Sideband jam 7MHz dihilangkan dengan memasukkan resistor seri antara regulator dan jam, sehingga menekan resonansi PCB.
Jadi, apa yang mengilhami resonansi? Regulator titik beban (POL) 2.8 MHz juga disediakan di papan demo VRTS3. Harmonik kedua dan ketiga cukup dekat dengan puncak resonansi untuk menghasilkan noise clock. Kita dapat menentukan frekuensi switching POL sebagai generator kebisingan karena sakelar pengaktif disertakan pada papan pelatihan VRTS3 untuk tujuan ini. Jika regulator switching dimatikan, sideband clock 6MHz akan hilang. Ini juga menjelaskan dengan jelas mengapa kami menanyakan tentang sirkuit, meskipun sirkuit tampaknya berfungsi dengan baik.
Gambar 9: Dalam dua kapasitor keluaran regulator linier yang berbeda (dipilih oleh sakelar S301), resonansi 7.5 MHz (merah, jejak biru) dapat terlihat dengan jelas. Memasukkan resistor 2.4Ω dapat menekan resonansi (jejak hijau), sehingga mengurangi impedansi pada 7.5MHz sekitar 15 dB.
Frekuensi operasi regulator switching memiliki toleransi 750 kHz, dan kapasitor decoupling juga memiliki toleransi. Toleransi ini dapat dengan mudah memindahkan harmonik kedua dari regulator switching ke frekuensi yang muncul pada puncak impedansi, sehingga meningkatkan noise clock secara signifikan. Meskipun Anda tidak mungkin melihat penyelarasan frekuensi ini dalam uji nominal, Anda lebih mungkin mempelajari tentang penyelarasan frekuensinya melalui penyelidikan PDN ini.
Secara keseluruhan, kami dengan cepat menentukan sensitivitas PDN, yang menyebabkan peningkatan jitter jam. Kami menentukan kebisingan, menentukan sumber kebisingan dan impedansi karakteristik, dan dengan mudah memperbaiki masalah dengan meratakan impedansi power rail pada jam. Menggunakan generator sisir harmonik yang sangat portabel (Picotest J2150A), probe 1-port genggam (Picotest P2100A) dan osiloskop (Keysight Infiniium S), semua operasi dapat diselesaikan hanya dalam beberapa menit.
Picotest menyediakan berbagai solusi yang dibundel untuk mengoptimalkan, menguji, dan memecahkan masalah integritas daya, seperti jitter jam, dan mendukung berbagai instrumen dan domain pengukuran. Generator sisir harmonik J2150A yang baru-baru ini diluncurkan digunakan bersama dengan probe 2100-port P1A. Meskipun kuat, itu hanya solusi.