《纹波测试方法的改进+噪声的观察与测量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纹波测试方法的改进+噪声的观察与测量（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Ling . Ju 电源纹波测试方法的改进电源纹波测试方法的改进 设计实现：设计实现： 1、 最近本人参与一片 DC/DC 芯片的研制，该项目中将输入为 5V 的 PVDD 电压经过同步 整流 BUCK 拓扑的转换为 1.8V 电源的作用，实现方案因为工作内容无法明示，但是基 本拓扑如下所示（应用网络图片，实际芯片为 PN 管各一） ： 该方案为电流模控制的同步降压电路， 即采用输出电压和电感电流两路反馈信号控制的 方法，可以实现对输出电压变化较快的响应，同时也简化了频率补偿的方案。通过对 PMOS 开关管和 NMOS 整流周期性的打开和关断，减小能量损失，提高转换效率。 开关通断的频率是固定
2、的 （本设计将采用 1.2MHz） ， PMOS 开关管在每个周期开始时打 开，其关断时间由输出电压和输入电压决定的比例决定，稳态时（负载较重时） ， 功率管的驱动信号的占空比功率管的驱动信号的占空比 D D D D： Vin Vout D= 电感电流的纹波电感电流的纹波： sL DT L VoutVin i = (Ts 为振荡周期) 电容的纹波电压电容的纹波电压： f sL C Ti V 8 = 在输入电源快速上电时，DC/DC 在启动时在功率管内会产生较大的电流以及产生输出 电压的过冲，为了避免这种情况，提高芯片的可靠性，增加软启动电路，使 DC/DC 启动时， 输出电压能够平稳建立。 该
3、方案的好处在于用 MOS 取代基本 BUCK 的整流二极管，提高低压大电流时候的效 率。但是驱动比较复杂，空载损耗比较大。多路并联将比较困难。 Ling . Ju 样片实验：样片实验： 实验中 DC/DC 功能基本正确，但有以下几个问题存在： 测试 1.8V 输出纹波较大（稍后将作解释） OSC 环振时钟可能停止震荡（由于地上干扰或大电流产生的磁场变化影响引起） 地上干扰较为严重，影响其他（ADC/DAC/PLL 模数混合电路）模块的正常使用 1 1 1 1、 当使用当使用 TANTANTANTAN 作为输出级电容，分别测试不同负载下时有以下波形：作为输出级电容，分别测试不同负载下时有以下波形
4、： 20mA 负载 （运行在 DCM 非连续工作模式下） 50mA 负载（运行在 CCM 连续工作模式下） 纹波约 200mV，过冲约 600mV纹波约 200mV，过冲约 600mV 从 CCM 模式下进行评估，因纹波斜率比较陡，在开关瞬间，有直上笔直下降的趋势， 可以推断，该纹波可能由于电容 ESR 较大引起。 2 2 2 2、 当使用陶瓷电容作为输出级电容，分别测试不同负载下时有以下波形：当使用陶瓷电容作为输出级电容，分别测试不同负载下时有以下波形： 10mA 负载 （运行在 DCM 非连续工作模式下） 50mA 负载（运行在 CCM 连续工作模式下） 纹波约 50mV，过冲约 300m
5、V纹波约 50mV，过冲约 300mV 从 CCM 模式下进行评估，纹波数值上有所减小，在开关瞬间直上直下的趋势由于振铃 （噪声的干扰） ，不明显。 Ling . Ju 以上两种测量方法皆是使用示波器探头做直接测试，等效图如下： 这种方法上存在因示波器探头地线较长，与被测部分形成一个空间耦合的区域，将这一 部分的电磁信号能量叠加到待测信号中，而在开关管的瞬间，这一部分能量被释放，导致振 铃的形成。 而 TI 等大厂给出的测试条件中，要求尽可能避免此地线夹头形成回路。 等效的方法如图所示： Ling . Ju 经过多方查找资料，有以下三种比较被认可的电源纹波测试方法： 示波器直接测试法示波器直接
6、测试法：上文已经提到，探头接地要尽可能短，形成包围的区域要尽可 能小。 平行板测试法：平行板测试法： 该方法主要用于大功率系统级别开关电源的测试，对于芯片级 DC/DC 模块并 不适用。 双绞线测试法：双绞线测试法： 在咨询复旦大学刘祖望教授后，他提出，可以使用双绞线，制作一根简易的测 试线，在双绞线靠近 BNC 插座的部分加入一颗 0.1uF 左右的小电容用以耦合高频 的振铃信号。另一头直接焊接于板子上的输出端。 测试时，应注意，尽可能将双绞线拉直，不要有环形部分的产生，该环形有可 能影响测试， 双绞线可以利用单芯网线剪断抽出使用， 所缠绕的圈数不少于每公分 3 圈。 Ling . Ju 3
7、、 当使用双绞线进行测试 10mA 负载 （运行在 DCM 非连续工作模式下） 50mA 负载（运行在 CCM 连续工作模式下） 纹波+过冲约 10mV纹波+过冲约 10mV 由上可知， 纹波量级下降五倍， 尖峰噪声瞬时消失， 无振铃出现。 可见此测试方法可行。 反证：反证： 高频率的上冲下冲振铃信号， 在使用了双绞线的方法后确实消失， 但不能说明此振铃是 否是真实的 DC/DC 所产生。故需要进一步验证。 捕捉振铃信号，其宽度约在 30nS 左右，幅度为 500mV 左右。此时外接电容为 2.2uF 根据Q=C V=I t,换言之I= CV t ，则有 6 9 2.2 100.5 I= 30
8、 10 ，得电流为 36 安培，而实 际 NB1114 或其他设备，根本无法提供瞬时 36 安培电流，由此可知，此尖峰信号为虚假的， 无实际能量的，电磁信号干扰造成，示波器是捕捉到该处的噪点，加以连线，误导了设计及 测试人员。 推荐的文档：推荐的文档： How toTest Output Ripple & Noise of Power Supplies（STM） DC/DC Converter Stability Testing Study（NationalAeronautics and SpaceAdministration） 关于电容：关于电容：在咨询复旦刘祖望先生及查找资料后，对于同容量的滤波电容效果有以下顺序： 铝电解铝电解 775 nanovolt noise measurementfor a low noise voltage reference
