Vấn đề đo tiếng ồn nguồn điện đo miền tần số dao động
Trong quá trình phân tích nhiễu nguồn điện, phương pháp cổ điển hơn là sử dụng máy hiện sóng để quan sát dạng sóng nhiễu nguồn điện và đo biên độ của nó, để xác định nguồn gốc của nhiễu nguồn điện. Tuy nhiên, khi điện áp của các thiết bị kỹ thuật số giảm dần và dòng điện tăng dần, việc thiết kế nguồn điện trở nên khó khăn hơn và cần sử dụng các phương pháp thử nghiệm hiệu quả hơn để đánh giá tiếng ồn của nguồn điện. Bài viết này là một trường hợp sử dụng phương pháp miền tần số để phân tích nhiễu nguồn điện. Khi không thể xác định được lỗi bằng cách quan sát dạng sóng miền thời gian, việc chuyển đổi tần số thời gian được thực hiện thông qua phương pháp FFT (Biến đổi Fourier nhanh) và dạng sóng nhiễu nguồn điện trong miền thời gian được chuyển đổi sang miền tần số để phân tích. Khi gỡ lỗi mạch, việc xem các đặc tính tín hiệu từ phối cảnh miền thời gian và miền tần số có thể tăng tốc quá trình gỡ lỗi một cách hiệu quả.
Trong quá trình gỡ lỗi bảng đơn, người ta nhận thấy tiếng ồn nguồn điện của mạng đạt tới 80mv, vượt quá yêu cầu của thiết bị. Để đảm bảo thiết bị có thể hoạt động ổn định thì phải giảm tiếng ồn của nguồn điện.
Trước khi gỡ lỗi này, hãy xem lại nguyên tắc khử nhiễu của nguồn điện. Các dải tần khác nhau trong mạng phân phối điện sử dụng các thành phần khác nhau để khử nhiễu. Các thành phần tách rời bao gồm các mô-đun điều chỉnh nguồn (VRM), tụ điện tách rời, cặp mặt phẳng nguồn PCB, gói thiết bị và chip. VRM bao gồm một chip nguồn và điện dung đầu ra ngoại vi, hoạt động từ DC đến tần số thấp (khoảng 100K). Mô hình tương đương của nó là mô hình hai thành phần bao gồm một điện trở và một cuộn cảm. Tốt nhất nên sử dụng tụ tách rời có tụ điện có độ lớn lớn hơn để bao phủ toàn bộ dải tần trung (khoảng 10K đến 100M). Do sự tồn tại của độ tự cảm của dây và độ tự cảm của gói, ngay cả khi một số lượng lớn tụ tách rời được xếp chồng lên nhau, nó sẽ khó hoạt động ở tần số cao hơn. Mặt đất của nguồn điện PCB tạo thành một tụ điện dạng tấm, cũng có tác dụng tách rời, khoảng hàng chục megabyte. Bao bì chip và chip chịu trách nhiệm về dải tần cao (trên 100M). Các thiết bị cao cấp hiện nay thường bổ sung thêm tụ tách rời vào gói. Tại thời điểm này, phạm vi tách rời trên PCB có thể giảm xuống hàng chục megabyte hoặc thậm chí vài megabyte. Do đó, khi tải dòng điện không thay đổi, chúng ta chỉ cần xác định nhiễu điện áp xuất hiện ở dải tần số nào, sau đó tối ưu hóa các thành phần tách tương ứng với dải tần số này. Hai phần tử tách sẽ hợp tác trong các dải tần lân cận, do đó, các phần tử tách trong các dải tần lân cận cũng phải được xem xét khi phân tích các điểm tới hạn của các phần tử tách.
Dựa trên kinh nghiệm gỡ lỗi nguồn điện truyền thống, một số tụ điện tách rời lần đầu tiên được thêm vào mạng để tăng biên trở kháng của mạng nguồn nhằm đảm bảo trở kháng của mạng nguồn ở dải tần trung có thể đáp ứng nhu cầu của ứng dụng kịch bản. Kết quả là chỉ giảm gợn sóng một vài mV, một sự cải thiện tối thiểu. Có một số khả năng dẫn đến kết quả này: 1. Nhiễu ở tần số thấp và không nằm trong phạm vi của các tụ tách rời này; 2. Việc thêm điện dung sẽ ảnh hưởng đến đặc tính vòng lặp của bộ điều chỉnh công suất VRM và việc giảm trở kháng do điện dung gây ra có liên quan đến VRM. Sự suy thoái được bù đắp. Với câu hỏi này, chúng tôi đã cân nhắc việc sử dụng chức năng phân tích miền tần số của máy hiện sóng để xem các đặc điểm quang phổ của nhiễu nguồn điện và xác định nguồn gốc của vấn đề.
Chức năng phân tích miền tần số của máy hiện sóng được thực hiện thông qua biến đổi Fourier. Bản chất của biến đổi Fourier là bất kỳ chuỗi miền thời gian nào cũng có thể được biểu diễn dưới dạng chồng chất vô hạn của các tín hiệu sóng hình sin có tần số khác nhau. Chúng tôi phân tích thông tin tần số, biên độ và pha của các sóng hình sin này, đây là phương pháp phân tích chuyển tín hiệu miền thời gian sang miền tần số. Chuỗi được lấy mẫu bằng máy hiện sóng kỹ thuật số là một chuỗi rời rạc, do đó Biến đổi Fourier nhanh (FFT) được sử dụng phổ biến nhất trong phân tích của chúng tôi. Thuật toán FFT được tối ưu hóa từ thuật toán Biến đổi Fourier rời rạc (DFT). Số lượng phép tính được giảm đi một số bậc độ lớn và càng cần tính nhiều điểm thì mức tiết kiệm trong tính toán càng lớn.
