Sử dụng giải pháp dựa trên đầu dò đơn giản, bạn có thể nhanh chóng xác định độ nhạy trực tuyến PDN, bao gồm cả vị trí của nguồn rung đồng hồ.
Nhiễu mạng phân phối điện (PDN) là một trong những vấn đề phổ biến nhất trong các ứng dụng công suất thấp. Cho dù bạn đang cấp nguồn cho ADC, đồng hồ, LNA, mạng dữ liệu kỹ thuật số hay các ứng dụng RF nhạy cảm, việc điều chỉnh nguồn điện chính xác là rất quan trọng. Các mạch nhạy cảm này có thể bị nhiễu bởi tiếng ồn của nguồn điện khoảng vài milivôn hoặc thấp hơn. Do độ nhạy cực cao này và sự tương tác giữa nguồn điện, mạng lưới phân phối và tải, nên việc khắc phục sự cố nguồn điện thường là rất cần thiết.
Do sự tương tác giữa trở kháng nguồn và trở kháng tải, việc khắc phục sự cố phải được thực hiện trong mạchvà quyền truy cập vật lý thường rất hạn chế. Do đó, đây có thể là một quá trình tốn nhiều thời gian.
Ngay cả trong các mạch dường như hoạt động đầy đủ, độ nhạy của nguồn điện thường được đánh giá. Đây là cách tốt nhất để xác định các vấn đề tiềm ẩn có thể phát sinh do quá trình vận hành và khả năng chịu đựng của môi trường.
Trong ứng dụng mẫu này, chúng tôi sẽ trình bày một số công cụ kiểm tra đơn giản sẽ được sử dụng cùng với máy phân tích phổ và mạng của bạn để giúp hỗ trợ điều tra nguồn nhiễu của nguồn cung cấp điện.
Hình 1 cho thấy bảng demo đào tạo Picotest VRTS3, bao gồm nhiều mạch ví dụ để hỗ trợ nhiều loại phép đo.
Hình 1: Bảng demo đào tạo Picotest VRTS3, hiển thị bố cục LDO và đồng hồ.
Một trong những mạch ví dụ này là xung nhịp 125 MHz (OSC401) được cung cấp bởi mức giảm thấp (LDO) điều chỉnh (U301). Công tắc DIP bốn vị trí (S301) có thể được sử dụng để kết nối hoặc ngắt kết nối bốn đầu ra khác nhau Tụ với LDO để thay đổi độ ổn định của nguồn điện.
Sơ đồ mạch của Hình 2 cho thấy bộ điều chỉnh tuyến tính LDO (LT1086), cung cấp năng lượng cho bộ tạo dao động xung nhịp 125 MHz OSC401 thông qua một công tắc trượt (SEL1). Điều đáng chú ý là việc tách 0.01 uF tụ C402 (bên phải).
Hình 2: LDO và mạch đồng hồ
Sử dụng bộ tạo sóng hài băng thông rộng và đầu dò đường truyền thụ động 1 cổng có thể nhanh chóng và dễ dàng nhận ra độ nhạy nhiễu của nguồn điện.
Combo sóng hài J2150A cung cấp nguồn nhiễu băng thông rộng với trở kháng đầu ra 50Ω. Nó được chứa trong một hình dạng "thanh" USB siêu di động. Harmonic lược cung cấp tiếng ồn trong dải tần từ 1kHz đến hơn 1GHz trong ba dải tần số. Phạm vi tập trung ở 1kHz, 100kHz và 8MHz. Sóng hài được tạo ra bởi thời gian và tần số chập chờn của xung đầu ra. Chiếc lược có thể tự động mở rộng các phạm vi này hoặc có thể được khóa trong một phạm vi tần số duy nhất. Mặc dù hầu hết các thiết bị có một số cổng USB không sử dụng, lược cũng có thể được cung cấp năng lượng bằng pin dự phòng điện thoại di động phổ biến để cung cấp một giải pháp di động.
DC băng thông rộng mô-đun thường được đặt giữa kim phun dạng lược và đầu dò để cách ly trở kháng DC 50Ω khỏi mạch được thử nghiệm. Phổ đồng hồ có thể được xem trên máy hiện sóng với máy phân tích phổ, máy phân tích nguồn tín hiệu hoặc máy phân tích phổ tùy chọn. Độ ổn định và trở kháng phân bố của Vôn Bộ điều chỉnh có thể dễ dàng được nhìn thấy như các dải biên hoặc dao động trong phổ đồng hồ.
Hình 3: Biểu đồ quang phổ của máy hiện sóng này làm nổi bật xung nhịp ở khoảng 6 MHz. Các nhánh này được sử dụng để chứng minh một kỹ thuật xử lý sự cố đơn giản và nhanh chóng.
Đầu dò đường truyền Picotest là duy nhất. Nó có thể cung cấp độ lợi thống nhất và kết nối 50Ω hai chiều cho các thiết bị khác nhau thông qua nhiều đầu dò trình duyệt thoải mái để phát hiện mạng phân phối điện. Như thể hiện trong ví dụ này, điều này cho phép đầu dò được sử dụng để đưa tín hiệu vào hoặc sử dụng cùng một đầu dò để đo nhiễu. Kết nối đầu dò là đầu nối SMA 50Ω phổ biến, có thể kết nối với hầu hết các thiết bị.
Trong ví dụ này, cấu trúc lược hài sử dụng đầu dò 1 cổng để đưa tín hiệu băng thông rộng vào nắp tách (C402) của đồng hồ, như trong Hình 4. Theo dõi phổ tần số của đồng hồ trên đầu nối SMA J3.
Hình 4: Công cụ đơn giản nhưng hiệu quả hỗ trợ truy vấn PDN và đánh giá xung nhịp. Nó bao gồm một bộ tạo tín hiệu băng thông rộng lược hài J2150A (bên trái), và một đầu dò thụ động 1Ω hai chiều và 2 cổng và bộ cách ly DC (bên trái).
Di chuyển điểm phun nhiễu đến bộ điều chỉnh tuyến tính (giống như vết bảng mạch in, nhưng nằm ở phía dưới của đồng hồ), chúng tôi nhận thấy rằng ở -45dBc trong Hình 7, nhiễu biên của đồng hồ nhỏ hơn nhiều. Thông tin này cho chúng ta biết rằng bộ cộng hưởng nằm giữa bộ điều chỉnh và đồng hồ. Sự cộng hưởng bao gồm độ tự cảm của dấu vết bảng mạch in và tụ điện tách C402.
Hình 5: Lược sóng hài J2150A (trong hình 3) được kết nối với đầu dò 1 cổng thông qua bộ chặn DC P2130A và được sử dụng để đưa tín hiệu vào C402 (VDD của bộ dao động xung nhịp 125MHz). Theo dõi phổ xung nhịp trên đầu nối SMA J3.
Định vị cộng hưởng trên đồng hồ, chúng ta có thể sử dụng giá trị của tụ tách (10 nF) và tần số cộng hưởng 7.5 MHz (7.5 MHz) để tính toán trở kháng đặc trưng của kết nối PCB. Trở kháng đặc tính có thể được tính là 1 / (2 * PI * 7.5 MHz * 10 nF), là 2.1Ω trong trường hợp này. Đặt công tắc SEL1 ở vị trí trung tâm (TẮT) sẽ chèn một 2.4Ω Điện trở (R305) giữa bộ điều chỉnh tuyến tính và đồng hồ để triệt tiêu cộng hưởng. Như thể hiện trong Hình 8, các dải bên phổ xung nhịp 7MHz bị loại bỏ, điều này cho thấy rằng cộng hưởng có thể được triệt tiêu hiệu quả bằng cách tăng điện trở nối tiếp giữa bộ điều chỉnh tuyến tính và đồng hồ.
Hình 6: Truy vấn PDN sử dụng bộ tín hiệu mẫu tìm kiếm lược cho thấy sự cộng hưởng xấp xỉ 7.5 MHz, như được thấy trong các dải phổ xung quanh tần số cơ bản của đồng hồ. Lưu ý rằng giá trị đỉnh xấp xỉ -30 dBc.
Bằng cách sử dụng máy phân tích mạng vectơ (VNA) để đo trở kháng của tụ điện tách của đồng hồ, có thể dễ dàng xác nhận các hiệu ứng cộng hưởng và giảm chấn. Hình 9 cho thấy kết quả đo của hai tụ điện đầu ra bộ điều chỉnh tuyến tính khác nhau và bộ chèn của R305.
Hình 7: Bằng cách đưa nhiễu tại các vị trí khác nhau trong PDN, nguồn nhiễu có thể nhanh chóng được định vị. Lưu ý rằng dải biên thấp hơn khoảng 15dB so với trong Hình 6. Điều này cho chúng ta biết rằng sự cộng hưởng xảy ra ở đồng hồ chứ không phải ở bộ điều chỉnh.
Mặc dù các dải bên có vẻ không quá nghiêm trọng, nhưng chúng có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất, nghiêm trọng hơn nhiều so với các khía cạnh khác. Đầu tiên, xin lưu ý rằng dải biên trong Hình 3 xuất hiện ở 6 MHz và chúng tôi đã xác định rằng cộng hưởng của PCB là 7.5 MHz. Thứ hai, kết quả đo trong Hình 9 cho thấy ở 6 MHz, trở kháng thấp hơn khoảng 5 dB so với trở kháng tại đỉnh 7.5 MHz và ở 9 MHz, trở kháng thấp hơn khoảng 15 dB so với trở kháng tại đỉnh 7.5 MHz. .
Hình 8: Dải bên xung nhịp 7MHz được loại bỏ bằng cách chèn một điện trở nối tiếp giữa bộ điều chỉnh và đồng hồ, do đó triệt tiêu cộng hưởng PCB.
Vậy, điều gì đã truyền cảm hứng cho sự cộng hưởng? Bộ điều chỉnh điểm tải (POL) chuyển mạch 2.8 MHz cũng được cung cấp trên bảng demo VRTS3. Sóng hài thứ hai và thứ ba đủ gần với đỉnh cộng hưởng để tạo ra tiếng ồn xung nhịp. Chúng tôi có thể xác định tần số chuyển mạch POL làm bộ tạo tiếng ồn vì một công tắc kích hoạt được bao gồm trên bảng đào tạo VRTS3 cho mục đích này. Nếu bộ điều chỉnh chuyển mạch bị tắt, dải bên xung nhịp 6MHz sẽ biến mất. Điều này cũng giải thích rõ ràng lý do tại sao chúng tôi hỏi về mạch, mặc dù mạch có vẻ đang hoạt động bình thường.
Hình 9: Trong hai tụ điện đầu ra điều chỉnh tuyến tính khác nhau (được chọn bởi công tắc S301), có thể thấy rõ sự cộng hưởng 7.5 MHz (dấu vết màu đỏ, xanh lam). Việc chèn một điện trở 2.4Ω có thể triệt tiêu hiện tượng cộng hưởng (dấu vết màu xanh lá cây), do đó làm giảm khoảng 7.5 dB trở kháng ở tần số 15MHz.
Tần số hoạt động của bộ điều chỉnh chuyển mạch có dung sai là 750 kHz, và tụ điện tách cũng có dung sai. Những dung sai này có thể dễ dàng di chuyển hài thứ hai của bộ điều chỉnh chuyển mạch đến tần số xuất hiện ở đỉnh trở kháng, do đó làm tăng đáng kể nhiễu xung nhịp. Mặc dù bạn không có khả năng nhìn thấy sự căn chỉnh tần số này trong thử nghiệm danh nghĩa, nhưng bạn có nhiều khả năng tìm hiểu về sự căn chỉnh tần số của nó thông qua câu hỏi PDN này.
Nhìn chung, chúng tôi nhanh chóng xác định độ nhạy PDN, điều này dẫn đến sự gia tăng xung nhịp. Chúng tôi đã xác định tiếng ồn, xác định nguồn tiếng ồn và trở kháng đặc trưng, và dễ dàng khắc phục sự cố bằng cách làm phẳng trở kháng của đường ray điện ở đồng hồ. Sử dụng máy phát sóng hài có tính di động cao (Picotest J2150A), đầu dò 1 cổng cầm tay (Picotest P2100A) và máy hiện sóng (Keysight Infiniium S), tất cả các hoạt động có thể được hoàn thành chỉ trong vài phút.
Picotest cung cấp nhiều giải pháp đi kèm để tối ưu hóa, kiểm tra và khắc phục sự cố về tính toàn vẹn của nguồn điện, chẳng hạn như hiện tượng chập đồng hồ, đồng thời hỗ trợ nhiều công cụ và miền đo lường khác nhau. Máy phát sóng hài J2150A mới ra mắt gần đây được sử dụng cùng với đầu dò 2100 cổng P1A. Mặc dù nó mạnh mẽ, nó chỉ là một giải pháp.