באמצעות פתרון פשוט מבוסס בדיקה, אתה יכול לזהות במהירות את הרגישות המקוונת של PDN, כולל מיקום מקור ריצוד השעון.
רעש של רשת חלוקת חשמל (PDN) הוא אחת הבעיות הנפוצות ביותר ביישומים עם הספק נמוך. בין אם אתה מספק חשמל עבור ADCs, שעונים, LNAs, רשתות נתונים דיגיטליים או יישומי RF רגישים, התאמת אספקת הכוח נכונה היא קריטית. מעגלים רגישים אלה עשויים להיות מופרעים על ידי רעש אספקת חשמל של כמה מילי-וולט או פחות. בשל רגישות קיצונית זו והאינטראקציה בין ספק הכוח, רשת החלוקה והעומס, לעיתים קרובות יש צורך בפתרון תקלות באספקת החשמל.
בשל האינטראקציה בין עכבת מקור ועכבת עומס, יש לבצע פתרון בעיות ב- מעגל, והגישה הפיזית בדרך כלל מוגבלת מאוד. כתוצאה מכך, זה יכול להיות תהליך שלוקח זמן.
אפילו במעגלים שנראים פונקציונליים במלואם, בדרך כלל מעריכים את הרגישות של ספק הכוח. זוהי הדרך הטובה ביותר לזהות בעיות פוטנציאליות שעלולות להתעורר עקב תפעול וסובלנות סביבתית.
ביישום לדוגמה זה, נדגים כמה כלי בדיקה פשוטים שישמשו בשילוב עם מנתח הספקטרום והרשת שלך כדי לסייע בתמיכה בחקירות מקור רעשי אספקת החשמל.
איור 1 מציג את לוח ההדגמה של Picotest VRTS3, הכולל מגוון מעגלים לדוגמה לתמיכה במספר סוגי מדידות.
איור 1: לוח ההדגמה של Picotest VRTS3, המציג את פריסת ה-LDO והשעון.
אחד ממעגלי הדוגמאות הללו הוא שעון 125 מגה-הרץ (OSC401) המופעל על ידי נשירה נמוכה (LDO) וסת (U301). ניתן להשתמש במתג DIP בעל ארבע מצבים (S301) לחיבור או ניתוק של ארבעה פלטים שונים קבלים עם ה-LDO כדי לשנות את היציבות של ספק הכוח.
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 קבל C402 (on the right).
איור 2: LDO ומעגל שעון
שימוש במחולל מסרק הרמוני בפס רחב ובדיקה של קו תמסורת פסיבי בעל יציאות 1 יכול לממש במהירות ובקלות את זיהוי הרגישות לרעש של ספק הכוח.
המסרק ההרמוני J2150A מספק מקור רעש פס רחב עם עכבת מוצא של 50Ω. הוא כלול בצורת "מקל" USB נייד במיוחד. מסרקים הרמוניים מספקים רעש בטווח התדרים מ-1kHz ועד מעל 1GHz בשלושה טווחי תדרים. הטווח מרוכז ב-1kHz, 100kHz ו-8MHz. הרמוניות נוצרות על ידי ריצוד הזמן והתדר של דופק המוצא. המסרק יכול להשתרע אוטומטית על טווחים אלה, או שהוא יכול להיות נעול בטווח תדרים בודד. למרות שלרוב המכשירים יש כמה יציאות USB שאינן בשימוש, המסרק יכול להיות מופעל גם באמצעות סוללת גיבוי פופולרית לטלפון סלולרי כדי לספק פתרון נייד.
DC בפס רחב מודול בדרך כלל נכלל בין מזרק המסרק לבין הבדיקה כדי לבודד את עכבת DC 50Ω מהמעגל הנבדק. ניתן לראות את ספקטרום השעון באוסילוסקופ עם מנתח ספקטרום אופציונלי, מנתח מקור אותות או מנתח ספקטרום. היציבות והעכבה מבוזרת של מתח ניתן לראות בקלות את הרגולטור כפסי צד או ריצוד בספקטרום השעון.
איור 3: ספקטרוגרם אוסילוסקופ זה מדגיש את דורבן השעון ב-6 מגה-הרץ בקירוב. ענפים אלו משמשים להדגמת טכניקת פתרון תקלות פשוטה ומהירה.
בדיקת קו התמסורת של Picotest היא ייחודית. זה יכול לספק רווח אחד וחיבור דו-כיווני של 50Ω עבור מכשירים שונים באמצעות מגוון בדיקות דפדפן נוחות לזיהוי רשתות חלוקת חשמל. כפי שמוצג בדוגמה זו, זה מאפשר להשתמש בבדיקה להזרקת האות, או להשתמש באותה בדיקה למדידת רעש. חיבור הגשושית הוא מחבר אוניברסלי 50Ω SMA, שניתן לחבר לרוב המכשירים.
בדוגמה זו, מבנה המסרק ההרמוני משתמש בבדיקה 1-Port כדי להחדיר אותות פס רחב לתוך מכסה הניתוק (C402) של השעון, כפי שמוצג באיור 4. נטר את ספקטרום התדרים של השעון במחבר SMA J3.
איור 4: כלי פשוט אך יעיל תומך בשאילתת PDN והערכת ריצוד שעון. הוא כולל מחולל אותות פס רחב מסרק הרמוני J2150A (משמאל), ומבודד DC (משמאל) דו-כיווני ו-1 יציאות.
העברת נקודת הזרקת הרעש לווסת הליניארי (זהה לעקבות המעגלים המודפסים, אך ממוקמת במורד השעון), שמנו לב שב-45dBc באיור 7, רעש פס הצד של השעון קטן בהרבה. מידע זה אומר לנו שהמהוד נמצא בין הרגולטור לשעון. התהודה כוללת את השראות של עקבות המעגלים המודפסים ואת קבל הניתוק C402.
איור 5: המסרק ההרמוני J2150A (המכנס באיור 3) מחובר לבדיקה בעלת יציאות 1 דרך חוסם ה-P2130A DC ומשמש להזרקת האות לתוך ה-C402 (ה-VDD של מתנד השעון של 125MHz). נטר את ספקטרום השעון במחבר SMA J3.
מיקום התהודה על השעון, נוכל להשתמש בערך של קבל הניתוק (10 nF) ותדר התהודה של 7.5 מגה-הרץ (7.5 מגה-הרץ) כדי לחשב את העכבה האופיינית של חיבור ה-PCB. ניתן לחשב את העכבה האופיינית כ- 1/(2 * PI * 7.5 MHz * 10 nF), שהם 2.1Ω במקרה זה. הכנסת מתג SEL1 למרכז (OFF) יכניס 2.4Ω נַגָד (R305) בין הרגולטור הליניארי לשעון כדי לדכא תהודה. כפי שמוצג באיור 8, פסי הצד של ספקטרום השעון של 7 מגה-הרץ בוטלו, מה שמראה שניתן לדכא תהודה ביעילות על-ידי הגדלת ההתנגדות הסדרתית בין הרגולטור הליניארי לשעון.
איור 6: שאילתת ה-PDN באמצעות ערכת האותות של דפוס החיפוש המסרק מציגה תהודה של כ-7.5 מגה-הרץ, כפי שניתן לראות בפסי הצד הספקטרליים סביב התדר הבסיסי של השעון. שימו לב שערך השיא הוא כ-30 dBc.
באמצעות מנתח רשת וקטור (VNA) למדידת העכבה של קבל הניתוק של השעון, ניתן לאשר בקלות אפקטים של תהודה ושיכוך. איור 9 מציג את תוצאות המדידה של שני קבלי פלט לווסת ליניאריים שונים והכנסת R305.
איור 7: על ידי הזרקת רעש במקומות שונים בתוך ה-PDN, ניתן לאתר את מקור הרעש במהירות. שימו לב שפס הצד נמוך בכ-15dB מאשר באיור 6. זה אומר לנו שהתהודה מתרחשת בשעון ולא בווסת.
למרות שרצועות הצד לא נראים כל כך חמורים, הם יכולים להשפיע באופן משמעותי על הביצועים, הרבה יותר חמור מהיבטים אחרים. ראשית, שימו לב שהפס הצדדי באיור 3 מופיע ב-6 מגה-הרץ, וקבענו שתהודה של ה-PCB היא ב-7.5 מגה-הרץ. שנית, תוצאות המדידה באיור 9 מראות שב-6 מגה-הרץ, העכבה נמוכה בכ-5 דציבל מהעכבה בשיא ה-7.5 מגה-הרץ, וב-9 מגה-הרץ, העכבה נמוכה בכ-15-דציבל מהעכבה בשיא ה-7.5 מגה-הרץ. .
איור 8: פס צד השעון של 7 מגה-הרץ מתבטל על-ידי הכנסת נגד סדרתי בין הרגולטור לשעון, ובכך מדכא את תהודה ה-PCB.
אז מה העניק השראה לתהודה? וסת 2.8 מגה-הרץ לנקודת העומס (POL) מסופק גם על לוח ההדגמה של VRTS3. ההרמוניות השנייה והשלישית קרובות מספיק לשיא התהודה כדי ליצור רעשי שעון. אנו יכולים לקבוע את תדר מיתוג ה-POL כמחולל הרעשים מכיוון שמתג הפעלה כלול בלוח ההדרכה של VRTS3 למטרה זו. אם וסת המיתוג כבוי, פס השעון של 6MHz ייעלם. זה גם מסביר בבירור מדוע אנו שואלים על המעגל, למרות שנראה שהמעגל פועל כראוי.
איור 9: בשני קבלי מוצא שונים של הרגולטור ליניארי (נבחר על ידי מתג S301), ניתן לראות בבירור את התהודה של 7.5 מגה-הרץ (אדום, כחול עקבות). הכנסת נגד 2.4Ω יכולה לדכא תהודה (עקיבה ירוקה), ובכך להפחית את העכבה ב-7.5MHz בכ-15 dB.
לתדר ההפעלה של ווסת המיתוג יש סובלנות של 750 קילו-הרץ, וגם לקבל הניתוק יש סובלנות. סובלנות אלו יכולות להעביר בקלות את ההרמוניה השנייה של ווסת המיתוג לתדר המופיע במקרה בשיא העכבה, ובכך להגדיל משמעותית את רעשי השעון. למרות שסביר להניח שלא תראה את יישור התדר הזה במבחן הנומינלי, סביר יותר שתלמד על יישור התדרים שלו דרך חקירת PDN זו.
בסך הכל, קבענו במהירות את רגישות ה-PDN, מה שהוביל לעלייה בריצוד השעון. קבענו את הרעש, קבענו את מקור הרעש ואת העכבה האופיינית, ותיקנו בקלות את הבעיה על ידי השטחת עכבת מסילת החשמל בשעון. באמצעות מחולל מסרק הרמוני נייד במיוחד (Picotest J2150A), בדיקה כף יד בעלת יציאות אחת (Picotest P1A) ואוסילוסקופ (Keysight Infiniium S), ניתן להשלים את כל הפעולות תוך דקות ספורות.
Picotest מספקת מגוון פתרונות מצורפים לאופטימיזציה, בדיקה ופתרון בעיות של שלמות חשמל, כגון ריצוד שעון, ותומכת במכשירים שונים ובתחומי מדידה. מחולל המסרק ההרמוני J2150A שהושק לאחרונה משמש בשילוב עם הגשש P2100A 1-port. למרות שזה חזק, זה רק פתרון.