เมื่อใช้โซลูชันที่ใช้โพรบพื้นฐานอย่างง่าย คุณจะระบุความไวออนไลน์ของ PDN ได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งรวมถึงตำแหน่งของแหล่งสัญญาณนาฬิกากระวนกระวายใจ
สัญญาณรบกวนเครือข่ายการกระจายพลังงาน (PDN) เป็นหนึ่งในปัญหาที่พบบ่อยที่สุดในแอพพลิเคชั่นที่ใช้พลังงานต่ำ ไม่ว่าคุณจะจ่ายไฟให้กับ ADC, นาฬิกา, LNA, เครือข่ายข้อมูลดิจิตอล หรือแอพพลิเคชั่น RF ที่มีความละเอียดอ่อน การปรับแหล่งจ่ายไฟอย่างถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญ วงจรที่มีความละเอียดอ่อนเหล่านี้อาจถูกรบกวนจากสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟไม่กี่มิลลิโวลต์หรือต่ำกว่า เนื่องจากความไวที่รุนแรงนี้และการทำงานร่วมกันระหว่างแหล่งจ่ายไฟ เครือข่ายการกระจาย และโหลด จึงมักจำเป็นต้องแก้ไขปัญหาเกี่ยวกับแหล่งจ่ายไฟ
เนื่องจากการทำงานร่วมกันระหว่างอิมพีแดนซ์ต้นทางและอิมพีแดนซ์โหลด การแก้ไขปัญหาจะต้องดำเนินการใน วงจรไฟฟ้าและการเข้าถึงทางกายภาพมักจะถูกจำกัดอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ การดำเนินการนี้อาจใช้เวลานาน
แม้ในวงจรที่ดูเหมือนว่าจะทำงานได้อย่างสมบูรณ์ ความไวของแหล่งจ่ายไฟก็มักจะถูกประเมิน นี่เป็นวิธีที่ดีที่สุดในการระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นจากการทำงานและความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม
ในแอปพลิเคชันตัวอย่างนี้ เราจะสาธิตเครื่องมือทดสอบง่ายๆ ที่จะใช้ร่วมกับเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมและเครือข่ายของคุณ เพื่อช่วยสนับสนุนการตรวจสอบแหล่งกำเนิดเสียงของแหล่งจ่ายไฟ
รูปที่ 1 แสดงบอร์ดสาธิตการฝึกอบรม Picotest VRTS3 ซึ่งประกอบด้วยวงจรตัวอย่างที่หลากหลายเพื่อรองรับการวัดหลายประเภท
รูปที่ 1: บอร์ดสาธิตการฝึกอบรม Picotest VRTS3 แสดง LDO และรูปแบบนาฬิกา
หนึ่งในวงจรตัวอย่างเหล่านี้คือนาฬิกา 125 MHz (OSC401) ที่ขับเคลื่อนโดย low dropout (LDO) เครื่องควบคุม (U301). สามารถใช้สวิตช์ DIP สี่ตำแหน่ง (S301) เพื่อเชื่อมต่อหรือตัดการเชื่อมต่อเอาต์พุตที่แตกต่างกันสี่ตำแหน่ง ตัวเก็บประจุ ด้วย LDO เพื่อเปลี่ยนความเสถียรของแหล่งจ่ายไฟ
แผนภาพวงจรของรูปที่ 2 แสดงตัวควบคุมเชิงเส้น LDO (LT1086) ซึ่งจ่ายพลังงานให้กับออสซิลเลเตอร์นาฬิกา 125 MHz OSC401 ผ่านสวิตช์เลื่อน (SEL1) เป็นที่น่าสังเกตว่าการแยกส่วน 0.01 uF capacitor C402 (ทางขวา)
รูปที่ 2: LDO และวงจรนาฬิกา
การใช้เครื่องกำเนิดหวีฮาร์มอนิกแบบบรอดแบนด์และโพรบสายส่งแบบพาสซีฟ 1 พอร์ตสามารถระบุการระบุความไวของสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย
หวีฮาร์มอนิก J2150A ให้แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนบรอดแบนด์ที่มีอิมพีแดนซ์เอาต์พุต 50Ω มีอยู่ในรูปทรง "แท่ง" USB แบบพกพาพิเศษ หวีฮาร์มอนิกให้สัญญาณรบกวนในช่วงความถี่ตั้งแต่ 1kHz ถึงมากกว่า 1GHz ในสามช่วงความถี่ ช่วงศูนย์กลางอยู่ที่ 1kHz, 100kHz และ 8MHz ฮาร์มอนิกเกิดจากเวลาและความถี่กระวนกระวายใจของพัลส์เอาต์พุต หวีสามารถขยายช่วงเหล่านี้ได้โดยอัตโนมัติ หรือจะล็อกไว้ในช่วงความถี่เดียวก็ได้ แม้ว่าเครื่องมือส่วนใหญ่จะมีพอร์ต USB ที่ไม่ได้ใช้งานหลายพอร์ต แต่หวียังสามารถใช้พลังงานจากแบตเตอรี่สำรองของโทรศัพท์มือถือยอดนิยมเพื่อเป็นโซลูชันแบบพกพา
บรอดแบนด์ดีซี โมดูล โดยปกติจะรวมอยู่ระหว่างหัวฉีดหวีและโพรบเพื่อแยกอิมพีแดนซ์50Ω DC ออกจากวงจรที่ทดสอบ สามารถดูสเปกตรัมนาฬิกาได้บนออสซิลโลสโคปพร้อมตัวเลือกเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม เครื่องวิเคราะห์แหล่งสัญญาณ หรือเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม ความเสถียรและความต้านทานแบบกระจายของ แรงดันไฟฟ้า ตัวควบคุมสามารถมองเห็นได้ง่ายว่าเป็นแถบข้างหรือกระวนกระวายใจในสเปกตรัมนาฬิกา
รูปที่ 3: ออสซิลโลสโคปสเปกโตรแกรมนี้เน้นที่การกระตุ้นนาฬิกาที่ประมาณ 6 MHz สาขาเหล่านี้ใช้เพื่อสาธิตเทคนิคการแก้ปัญหาที่ง่ายและรวดเร็ว
หัววัดสายส่ง Picotest มีเอกลักษณ์เฉพาะ มันสามารถให้เกนที่เป็นเอกภาพและการเชื่อมต่อ 50Ω สองทางสำหรับเครื่องมือต่าง ๆ ผ่านโพรบเบราว์เซอร์ที่สะดวกสบายที่หลากหลายเพื่อตรวจจับเครือข่ายการกระจายพลังงาน ดังที่แสดงในตัวอย่างนี้ ซึ่งช่วยให้สามารถใช้โพรบเพื่อส่งสัญญาณ หรือใช้โพรบเดียวกันในการวัดสัญญาณรบกวน การเชื่อมต่อโพรบเป็นขั้วต่อ SMA 50Ω สากล ซึ่งสามารถเชื่อมต่อกับเครื่องมือส่วนใหญ่ได้
ในตัวอย่างนี้ โครงสร้างหวีฮาร์มอนิกใช้โพรบ 1 พอร์ตเพื่อฉีดสัญญาณบรอดแบนด์ลงในฝาปิดตัวแยกสัญญาณ (C402) ของนาฬิกา ดังแสดงในรูปที่ 4 ตรวจสอบสเปกตรัมความถี่ของนาฬิกาบนขั้วต่อ SMA J3
รูปที่ 4: เครื่องมือที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพรองรับการสืบค้น PDN และการประเมินการกระวนกระวายใจของนาฬิกา ประกอบด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณบรอดแบนด์ฮาร์มอนิกหวี J2150A (ซ้าย) และโพรบแบบพาสซีฟ 1Ω 2 พอร์ต (กลาง) และ 50 พอร์ตแบบสองทิศทางและ DC isolator (ซ้าย)
การย้ายจุดฉีดสัญญาณรบกวนไปที่ตัวควบคุมเชิงเส้น (เช่นเดียวกับการติดตามแผงวงจรพิมพ์ แต่อยู่ปลายน้ำของนาฬิกา) เราสังเกตว่าที่ -45dBc ในรูปที่ 7 เสียงข้างเคียงของนาฬิกามีขนาดเล็กกว่ามาก ข้อมูลนี้บอกเราว่าเรโซเนเตอร์อยู่ระหว่างเรกูเลเตอร์กับนาฬิกา เสียงสะท้อนรวมถึงการเหนี่ยวนำของแผงวงจรพิมพ์และตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน C402
รูปที่ 5: หวีฮาร์มอนิก J2150A (สิ่งที่ใส่เข้าไปในรูปที่ 3) เชื่อมต่อกับโพรบ 1 พอร์ตผ่านตัวบล็อก P2130A DC และใช้ในการฉีดสัญญาณลงใน C402 (VDD ของออสซิลเลเตอร์นาฬิกา 125MHz) ตรวจสอบสเปกตรัมนาฬิกาบนขั้วต่อ SMA J3
การวางตำแหน่งเรโซแนนซ์บนนาฬิกา เราสามารถใช้ค่าของตัวเก็บประจุดีคัปปลิ้ง (10 nF) และความถี่เรโซแนนซ์ 7.5 MHz (7.5 MHz) เพื่อคำนวณอิมพีแดนซ์เฉพาะของการเชื่อมต่อ PCB อิมพีแดนซ์เฉพาะสามารถคำนวณได้เป็น 1/(2 * PI * 7.5 MHz * 10 nF) ซึ่งในกรณีนี้คือ2.1Ω การวางสวิตช์ SEL1 ไว้ที่ตำแหน่งกึ่งกลาง (ปิด) จะเป็นการใส่2.4Ω ตัวต้านทาน (R305) ระหว่างตัวควบคุมเชิงเส้นและนาฬิกาเพื่อลดเสียงสะท้อน ดังที่แสดงในรูปที่ 8 แถบข้างของคลื่นความถี่นาฬิกา 7MHz ถูกขจัดออกไป ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสามารถระงับเสียงสะท้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการเพิ่มความต้านทานอนุกรมระหว่างตัวควบคุมเชิงเส้นกับนาฬิกา
รูปที่ 6: การสืบค้น PDN โดยใช้ชุดสัญญาณรูปแบบการค้นหาแบบหวีแสดงการสั่นพ้องที่ประมาณ 7.5 MHz ดังที่เห็นในแถบข้างสเปกตรัมรอบความถี่พื้นฐานของนาฬิกา โปรดทราบว่าค่าสูงสุดอยู่ที่ประมาณ -30 dBc
ด้วยการใช้เครื่องวิเคราะห์เวคเตอร์เครือข่าย (VNA) เพื่อวัดอิมพีแดนซ์ของตัวเก็บประจุแบบแยกคัปปลิ้งของนาฬิกา สามารถยืนยันเอฟเฟกต์เรโซแนนซ์และแดมปิ้งได้อย่างง่ายดาย รูปที่ 9 แสดงผลการวัดของตัวเก็บประจุเอาท์พุตตัวควบคุมเชิงเส้นที่ต่างกันสองตัวและการใส่ R305
รูปที่ 7: การฉีดสัญญาณรบกวนที่ตำแหน่งต่างๆ ภายใน PDN จะสามารถระบุแหล่งกำเนิดเสียงได้อย่างรวดเร็ว โปรดทราบว่าไซด์แบนด์ต่ำกว่าในรูปที่ 15 ประมาณ 6 เดซิเบล สิ่งนี้บอกเราว่าเรโซแนนซ์เกิดขึ้นที่นาฬิกาไม่ใช่ที่เรกูเลเตอร์
แม้ว่าแถบด้านข้างจะดูไม่รุนแรงนัก แต่ก็สามารถส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานได้อย่างมาก ซึ่งรุนแรงกว่าด้านอื่นๆ อย่างมาก อันดับแรก โปรดทราบว่าไซด์แบนด์ในรูปที่ 3 ปรากฏขึ้นที่ 6 MHz และเราได้พิจารณาแล้วว่าการสะท้อนของ PCB อยู่ที่ 7.5 MHz ประการที่สอง ผลการวัดในรูปที่ 9 แสดงว่าที่ 6 MHz อิมพีแดนซ์ต่ำกว่าอิมพีแดนซ์ที่พีค 5 MHz ประมาณ 7.5 dB และที่ 9 MHz อิมพีแดนซ์ต่ำกว่าอิมพีแดนซ์ที่พีค 15 MHz ประมาณ 7.5 dB .
รูปที่ 8: แถบข้างของนาฬิกา 7MHz ถูกกำจัดโดยการใส่ตัวต้านทานแบบอนุกรมระหว่างตัวควบคุมและนาฬิกา ดังนั้นจึงระงับการสะท้อนของ PCB
ดังนั้นอะไรเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดเสียงสะท้อน? ตัวควบคุมสวิตช์จุดโหลด (POL) 2.8 MHz มีให้ในบอร์ดสาธิต VRTS3 ฮาร์โมนิกที่สองและสามอยู่ใกล้กับพีคเรโซแนนซ์มากพอที่จะสร้างสัญญาณรบกวนนาฬิกา เราสามารถกำหนดความถี่การสลับ POL เป็นเครื่องกำเนิดสัญญาณรบกวนได้ เนื่องจากสวิตช์เปิดใช้งานจะรวมอยู่ในบอร์ดฝึกอบรม VRTS3 เพื่อจุดประสงค์นี้ หากตัวควบคุมการสลับปิดอยู่ แถบความถี่นาฬิกา 6MHz จะหายไป สิ่งนี้ยังอธิบายได้ชัดเจนว่าเหตุใดเราจึงถามเกี่ยวกับวงจร แม้ว่าวงจรจะดูเหมือนทำงานอย่างถูกต้องก็ตาม
รูปที่ 9: ในตัวเก็บประจุเอาท์พุตตัวควบคุมเชิงเส้นที่แตกต่างกันสองตัว (เลือกโดยสวิตช์ S301) จะสามารถมองเห็นเรโซแนนซ์ 7.5 MHz (รอยสีแดงและสีน้ำเงิน) ได้อย่างชัดเจน การใส่ตัวต้านทาน 2.4Ω สามารถลดเสียงสะท้อน (ร่องรอยสีเขียว) ซึ่งจะช่วยลดอิมพีแดนซ์ที่ 7.5MHz ได้ประมาณ 15 เดซิเบล
ความถี่ในการทำงานของตัวควบคุมการสลับมีความคลาดเคลื่อน 750 kHz และตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนก็มีความทนทานเช่นกัน ความคลาดเคลื่อนเหล่านี้สามารถย้ายฮาร์มอนิกที่สองของตัวควบคุมการสลับไปยังความถี่ที่ปรากฏขึ้นที่อิมพีแดนซ์พีคได้อย่างง่ายดาย ซึ่งจะเป็นการเพิ่มสัญญาณรบกวนนาฬิกาอย่างมาก แม้ว่าคุณไม่น่าจะเห็นการปรับความถี่นี้ในการทดสอบแบบระบุ แต่คุณมีแนวโน้มที่จะเรียนรู้เกี่ยวกับการปรับความถี่ผ่านคำถาม PDN นี้
โดยรวมแล้ว เราได้กำหนดความไวของ PDN อย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้นาฬิกากระวนกระวายใจเพิ่มขึ้น เรากำหนดสัญญาณรบกวน กำหนดแหล่งกำเนิดเสียงและอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ และแก้ไขปัญหาได้อย่างง่ายดายโดยปรับอิมพีแดนซ์ของรางไฟฟ้าที่นาฬิกาให้แบน ด้วยการใช้เครื่องกำเนิดหวีฮาร์โมนิกแบบพกพาสูง (Picotest J2150A) หัววัด 1 พอร์ตแบบใช้มือถือ (Picotest P2100A) และออสซิลโลสโคป (Keysight Infiniium S) การดำเนินการทั้งหมดจะเสร็จสิ้นภายในเวลาเพียงไม่กี่นาที
Picotest นำเสนอโซลูชันแบบรวมที่หลากหลายสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพ การทดสอบ และการแก้ไขปัญหาความสมบูรณ์ของพลังงาน เช่น การกระวนกระวายใจของนาฬิกา และสนับสนุนเครื่องมือต่างๆ และโดเมนการวัด เครื่องกำเนิดหวีฮาร์มอนิก J2150A ที่เพิ่งเปิดตัวนี้ใช้ร่วมกับโพรบ P2100A 1 พอร์ต แม้ว่ามันจะทรงพลัง แต่ก็เป็นเพียงวิธีแก้ปัญหา