Basit bir prob tabanlı çözüm kullanarak, saat titreşimi kaynağının konumu da dahil olmak üzere PDN çevrimiçi hassasiyetini hızlı bir şekilde tanımlayabilirsiniz.
Güç dağıtım ağı (PDN) gürültüsü, düşük güçlü uygulamalarda en yaygın sorunlardan biridir. ADC'ler, saatler, LNA'lar, dijital veri ağları veya hassas RF uygulamaları için güç sağlıyorsanız, güç kaynağını doğru şekilde ayarlamak kritik öneme sahiptir. Bu hassas devreler, birkaç milivolt veya daha düşük güç kaynağı gürültüsünden rahatsız olabilir. Bu aşırı hassasiyet ve güç kaynağı, dağıtım ağı ve yük arasındaki etkileşim nedeniyle, genellikle güç kaynağındaki sorunların giderilmesi gerekir.
Kaynak empedansı ve yük empedansı arasındaki etkileşim nedeniyle sorun giderme işlemi devreve fiziksel erişim genellikle çok sınırlıdır. Sonuç olarak, bu zaman alıcı bir süreç olabilir.
Tamamen işlevsel görünen devrelerde bile genellikle güç kaynağının hassasiyeti değerlendirilir. Bu, işletme ve çevresel tolerans nedeniyle ortaya çıkabilecek potansiyel sorunları tanımlamanın en iyi yoludur.
Bu örnek uygulamada, güç kaynağı gürültü kaynağı araştırmalarını desteklemeye yardımcı olmak için spektrumunuz ve ağ analizörünüzle birlikte kullanılacak bazı basit test araçlarını göstereceğiz.
Şekil 1, birden fazla ölçüm türünü desteklemek için çeşitli örnek devreler içeren Picotest VRTS3 eğitim demo kartını göstermektedir.
Şekil 1: LDO ve saat düzenini gösteren Picotest VRTS3 eğitim demo panosu.
Bu örnek devrelerden biri, düşük düşme (LDO) ile çalışan 125 MHz'lik bir saattir (OSC401). regülatör (U301). Dört konumlu DIP anahtarı (S301), dört farklı çıkışı bağlamak veya bağlantısını kesmek için kullanılabilir Kondansatörler Güç kaynağının stabilitesini değiştirmek için LDO ile.
Şekil 2'deki şematik devre şeması, bir kaydırmalı anahtar (SEL1086) aracılığıyla 125 MHz saat osilatörü OSC401'e güç sağlayan LDO doğrusal regülatörünü (LT1) göstermektedir. 0.01 uF ayrıştırmanın olduğunu belirtmekte fayda var kondansatör C402 (sağda).
Şekil 2: LDO ve saat devresi
Geniş bantlı bir harmonik tarak jeneratörü ve 1 portlu bir pasif iletim hattı probu kullanmak, güç kaynağının gürültü hassasiyetinin tanımlanmasını hızlı ve kolay bir şekilde gerçekleştirebilir.
J2150A harmonik tarağı, 50Ω çıkış empedansına sahip geniş bantlı bir gürültü kaynağı sağlar. Ultra taşınabilir bir USB "çubuk" şeklinde bulunur. Harmonik taraklar, üç frekans aralığında 1kHz'den 1GHz'in üzerindeki frekans aralığında gürültü sağlar. Aralık 1kHz, 100kHz ve 8MHz'de ortalanmıştır. Harmonikler, çıkış darbesinin zaman ve frekans titreşimi tarafından üretilir. Tarak bu aralıkları otomatik olarak kapsayabilir veya tek bir frekans aralığına kilitlenebilir. Çoğu cihazda kullanılmayan birden fazla USB bağlantı noktası bulunsa da, taşınabilir bir çözüm sağlamak için tarak, popüler bir cep telefonu yedek piliyle de çalıştırılabilir.
Geniş bantlı bir DC modül 50Ω DC empedansını test edilen devreden izole etmek için genellikle tarak enjektörü ile prob arasına dahil edilir. Saat spektrumu, isteğe bağlı bir spektrum analizörü, sinyal kaynağı analizörü veya spektrum analizörü ile bir osiloskopta görüntülenebilir. Kararlılık ve dağıtılmış empedans Voltaj regülatör, saat spektrumunda kolaylıkla yan bantlar veya titreşim olarak görülebilir.
Şekil 3: Bu osiloskop spektrogramı yaklaşık 6 MHz'deki saat darbesini vurgulamaktadır. Bu dallar basit ve hızlı bir sorun giderme tekniğini göstermek için kullanılır.
Picotest iletim hattı probu benzersizdir. Güç dağıtım ağlarını tespit etmek için çeşitli kullanışlı tarayıcı probları aracılığıyla çeşitli cihazlar için birlik kazancı ve iki yönlü 50Ω bağlantı sağlayabilir. Bu örnekte gösterildiği gibi bu, probun sinyali enjekte etmek için kullanılmasına veya gürültüyü ölçmek için aynı probu kullanmasına olanak tanır. Prob bağlantısı, çoğu cihaza bağlanabilen evrensel bir 50Ω SMA konektörüdür.
Bu örnekte, harmonik tarak yapısı, Şekil 1'te gösterildiği gibi, geniş bant sinyallerini saatin ayırma kapağına (C402) enjekte etmek için 4 Bağlantı Noktalı bir prob kullanır. SMA konnektörü J3 üzerindeki saatin frekans spektrumunu izleyin.
Şekil 4: Basit ama etkili araç, PDN sorgusunu ve saat titreşimi değerlendirmesini destekler. Bir J2150A harmonik tarak geniş bant sinyal üreteci (solda) ve 1 portlu (ortada) ve 2 portlu çift yönlü 50Ω pasif prob ve DC izolatörünü (solda) içerir.
Gürültü enjeksiyon noktasını doğrusal regülatöre (baskılı devre kartı iziyle aynı, ancak saatin aşağısında yer alan) hareket ettirerek, Şekil 45'de -7dBc'de saatin yan bant gürültüsünün çok daha küçük olduğunu fark ettik. Bu bilgi bize rezonatörün regülatör ile saat arasında olduğunu söyler. Rezonans, baskılı devre kartı izlerinin endüktansını ve dekuplaj kapasitörü C402'yi içerir.
Şekil 5: J2150A harmonik tarağı (Şekil 3'teki ek), P1A DC engelleyici aracılığıyla 2130-portlu proba bağlanır ve sinyali C402'ye (125MHz saat osilatörünün VDD'si) enjekte etmek için kullanılır. SMA konektörü J3'teki saat spektrumunu izleyin.
Rezonansı saat üzerinde konumlandırarak, PCB bağlantısının karakteristik empedansını hesaplamak için dekuplaj kapasitörünün (10 nF) ve 7.5 MHz rezonans frekansının (7.5 MHz) değerini kullanabiliriz. Karakteristik empedans, bu durumda 1Ω olan 2/(7.5 * PI * 10 MHz * 2.1 nF) olarak hesaplanabilir. SEL1 anahtarının orta (KAPALI) konuma getirilmesi 2.4Ω ekleyecektir. rezistans (R305) rezonansı bastırmak için doğrusal regülatör ile saat arasına. Şekil 8'de gösterildiği gibi, 7MHz saat spektrumu yan bantları ortadan kaldırılmıştır; bu, doğrusal regülatör ile saat arasındaki seri direncin arttırılmasıyla rezonansın etkili bir şekilde bastırılabileceğini göstermektedir.
Şekil 6: Tarak arama modeli sinyal setini kullanan PDN sorgusu, saatin temel frekansı etrafındaki spektral yan bantlarda görüldüğü gibi yaklaşık 7.5 MHz'lik bir rezonans göstermektedir. Tepe değerinin yaklaşık -30 dBc olduğunu unutmayın.
Saatin ayırma kapasitörünün empedansını ölçmek için bir vektör ağ analizörü (VNA) kullanılarak rezonans ve sönümleme etkileri kolayca doğrulanabilir. Şekil 9'da iki farklı lineer regülatör çıkış kapasitörünün ve R305'in yerleştirilmesinin ölçüm sonuçları gösterilmektedir.
Şekil 7: PDN içindeki farklı konumlara gürültü enjekte edilerek gürültü kaynağının yeri hızlı bir şekilde belirlenebilir. Yan bandın Şekil 15'dakinden yaklaşık 6dB daha düşük olduğuna dikkat edin. Bu bize rezonansın regülatörde değil saatte meydana geldiğini anlatır.
Yan bantlar çok ciddi görünmese de performansı diğer yönlerden çok daha ciddi şekilde etkileyebilir. Öncelikle Şekil 3'teki yan bandın 6 MHz'de göründüğünü ve PCB rezonansının 7.5 MHz olduğunu belirlediğimizi lütfen unutmayın. İkinci olarak, Şekil 9'daki ölçüm sonuçları, 6 MHz'de empedansın 5 MHz tepe noktasındaki empedanstan yaklaşık 7.5 dB daha düşük olduğunu ve 9 MHz'de empedansın 15 MHz tepe noktasındaki empedanstan yaklaşık 7.5 dB daha düşük olduğunu göstermektedir. .
Şekil 8: 7MHz saat yan bandı, regülatör ile saat arasına bir seri direnç yerleştirilerek ortadan kaldırılır, böylece PCB rezonansı bastırılır.
Peki rezonansa ne ilham verdi? VRTS2.8 demo kartında ayrıca 3 MHz'lik bir yük noktası (POL) regülatörü de bulunmaktadır. İkinci ve üçüncü harmonikler, saat gürültüsü oluşturacak kadar rezonans zirvesine yeterince yakındır. VRTS3 eğitim kartında bu amaç için bir etkinleştirme anahtarı bulunduğundan gürültü üreteci olarak POL anahtarlama frekansını belirleyebiliriz. Anahtarlama regülatörü kapatılırsa 6MHz saat yan bandı kaybolacaktır. Bu aynı zamanda devre düzgün çalışıyor gibi görünse de neden devreyi sorduğumuzu da açıkça açıklıyor.
Şekil 9: İki farklı doğrusal regülatör çıkış kondansatöründe (S301 anahtarıyla seçilen), 7.5 MHz rezonans (kırmızı, mavi iz) açıkça görülmektedir. 2.4Ω'luk bir direnç eklemek rezonansı (yeşil iz) bastırabilir, böylece 7.5 MHz'deki empedansı yaklaşık 15 dB azaltabilir.
Anahtarlama regülatörünün çalışma frekansı 750 kHz'lik bir toleransa sahiptir ve dekuplaj kapasitörünün de bir toleransı vardır. Bu toleranslar, anahtarlama regülatörünün ikinci harmoniğinin empedans zirvesinde ortaya çıkan frekansa kolayca taşınmasını sağlayabilir ve böylece saat gürültüsünü önemli ölçüde artırabilir. Nominal testte bu frekans hizalamasını görme olasılığınız düşük olmasına rağmen, bu PDN sorgusu aracılığıyla frekans hizalamasını öğrenme olasılığınız daha yüksektir.
Sonuç olarak, saat titreşiminde artışa yol açan PDN hassasiyetini hızlı bir şekilde belirledik. Gürültüyü belirledik, gürültü kaynağını ve karakteristik empedansını belirledik ve güç rayı empedansını saatte düzleştirerek sorunu kolayca düzelttik. Son derece portatif bir harmonik tarak jeneratörü (Picotest J2150A), el tipi 1 portlu bir prob (Picotest P2100A) ve bir osiloskop (Keysight Infiniium S) kullanılarak tüm işlemler sadece birkaç dakika içinde tamamlanabilir.
Picotest, saat titremesi gibi güç bütünlüğü sorunlarını optimize etmek, test etmek ve gidermek için çeşitli paket çözümler sunar ve çeşitli cihazları ve ölçüm alanlarını destekler. Yakın zamanda piyasaya sürülen J2150A harmonik tarak jeneratörü, P2100A 1 portlu probla birlikte kullanılır. Güçlü olmasına rağmen yalnızca bir çözümdür.