电源电压纹波测试之打狗棒法和理论秘笈
应用中,输出电压纹波看起来是小菜一碟,但实际操作中测试结果的真实性,一致性,经常困扰攻城狮。
而且知其然,更要知其所以然。
Chipown攻城狮将手把手教你每个纹波测试技法,剖析背后的理论支撑。
背景
出场人物:
1、客户小A(测试攻城狮,软件工程出身,对电源了解不多);
2、芯朋老司机小M。
测试方案:
芯朋PN8034C 12V0.3A非隔离方案,原理图如下:
这个。。。是有点大,不过,有点不对啊!
带宽设置有问题,要20MHz限制啊,下面这个圈起来的位置,您限制带宽,再看看区别。
示波器带宽20MHz,输出电压纹波376mV
武功秘笈之划重点:带宽选择
我们先了解什么是示波器带宽:输入信号衰减 3 dB 所在的最低频率称为示波器的带宽。
从示波器带宽的定义和上图可以看出,在示波器设置带宽之外的信号,是急剧衰减的。这个可以回答“设置20MHz带宽限制后,测试纹波明显下降”这个现象,20MHz后的信号迅速衰减,所以测试到的信号幅度下降;
示波器中的“20MHz带宽限制”这个选项,是不是满足我们的测试需求?理解测试带宽的选择,我们还需要介绍一个原理:奈奎斯特采样定理:
在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>2fmax),采样之后的数字信号才能完整地保留了原始信号中的信息;
实际应用中考虑到示波器抗混叠滤波器设计指标,在模拟应用中一般取采样频率为信号最高频率的3~5倍时,才能获得完整的原始信号信息。
一般AC-DC的开关频率都在200KHz以内,DC-DC在3MHz以内,频率都不高; 但开关电源中,开关电源中信号变化最快的是开关管的上升时间,而非开关频率,所以开关电源纹波测量的带宽取决于开关管的上升时间,对于泰克高频示波器,其上升时间Tr=0.35/BW(MHz),所以,20MHz带宽对应的上升时间是17.5nS;而对于大多数开关管,其上升时间都在100nS的级别,所以这种情况下20MHz是满足5倍被测量信号最高频率的;
小结:信噪比足够大+满足信号测量精度都满足的前提下,选择的带宽才是合适的,20MHz就是大多数情况下开关电源纹波信噪比的最佳选择点(之所以是大多数情况,是因为有特殊情况,比如测试采用新型coolmos作为功率器件的电源时,20MHz就显得小了,需要扩展到300MHz以上)。
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