5.5 输出与环路测量

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评论 收藏 上传者:hi5
第九个要和大家讨论的问题 就是我们输出电压的测量问题 我们可以看到这里有两张图 这两张图实际上都是在同一个电源上面 然后我们用相同的示波器 在一个同测试点测量出来的 但是很明显左边这个图 它是有非常大的开关纹波 造成大概会有几十毫伏递叠开关纹波上 那么让我们无法准确得到 输出电压纹波的峰峰值的情况 与它形成鲜明对比的右边这张图 就可以看到输出电压非常的干净 那么这两个的区别主要在哪里 那么第一个 我们可以看到就是左边这个图 实际上我们除了 接了一个示波器探头在输出端之外 还接了个示波器探头到开关节点上 那么这时候开关节点上 有个很大的开关噪声 就有可能会通过示波器的地 然后耦合到输出的信号上 从而导致输出纹波有个很大的尖刺 那么另外区别的地方就在于 我们左边这张图上 测量输出纹波的时候 没有做带宽的限制 是全带宽的测试 那么我们右边这个图上 就做了 20 兆赫兹的带宽限制 也就是它能够把 20 兆赫兹 以上的信号都滤除掉了 开关电源来说 一两兆是它的开关频率 那么对于 20 兆的带宽限制 我们能够通过示波器 有效的读到我们这个 开关的 20 次谐波的信号 这个对我们读一个开关纹波来说 这些信号已经是足够了 另外一个需要大家注意的地方就是 我们在做输出电压测量的时候的 一些测试方法 首先第一个 大家在做输出电压测量的时候 尽量是要采用一种 我们称为地线环的操作方式 那么那么地线环的测试方法 我们可以看右边第一张图它的例子 在这个图里面 示波器的探头它是直接接在电容的正极上 然后通过一根非常短的一根铁线 然后接到了输出电压的负极上 那么这样子的话 从输出正到输出负之间 这样子形成了回路会非常小 那么相比于之下 我们右边这张图 那么实际上示波器探头 实际上是钩在输出正上的测试点上 然后地线的话就是飞了一个很高的线 然后形成巨大的环 那么这个环 就可能会接收一些高频的信号 从而在输出电压的纹波上 形成一些噪声干扰 所以说这一点的测试方法 是大家特别需要注意的地方 那如果说是在一些 输出电压幅度很小的场合 比如说是 10mV 左右的场合 建议大家是用一比一的电压探头 或者是有源的电压探头来做一些测试 这样子的话才能够正确的反映 在 10mV 左右的电压的波形 同样的话就跟我们前面提到的 我们在做测试电压波形的时候 也尽量要做到把带宽限到 20 兆赫兹 然后如果是我们需要看 1mV 2mV 电压波形的话 尽量把示波器档位打到最小 最后一个问题 就第十个问题 就是关于我们环路测试的问题 我们可以看到这个图里面 我们在测试出环路这个波形的结果之后 会发现这个环路测试的结果 在一些中频段比如说是 30kHz 以上这一段会发生一些 增益以及相位都出现一些抖动 不平滑的现象 那么这个原因是什么呢 右边的给出的是 我们环路测试的基本的框图 那首先有交流的电压信号 会注入到输出跟反馈网络之间 然后我们通过测试这个交流电压的响应信号 来得到整个环的增益曲线 但是我们发现在做测试的时候 在我们整个变换器上的开关节点上 会有明显的大小波的情况 以及输出电压也有低频的抖动 然后输出电压低频抖动 那个频率跟我们信号注入的频率 也是完全一致的 那么很明显这个时候 就是因为注入的交流信号过大 然后导致系统出现了跳频的模式 所以说我们在做环路测试的时候 注入的电压信号也不能太大 注入的电压信号也不能太大 以免影响我们整个系统的正常工作 另外一方面我们可以看到 在低频测试的时候 那么在低频段我们可以看到 相位和增益都有一些不稳定的一些结果 那么这个时候是什么原因呢 很明显对于环路分析仪来说 出现这种不稳定或者是来回振荡情况 就是因为环路分析仪无法分辨出 哪个是真正有效的信号 有可能是这个时候注入的信号太小 然后环路分析仪所接收到的信号 被一些噪声所淹没掉 它无法得到准确稳定的结果 这个时候我们需要注意的是 在低频段也就是低于截止频率点的频段 我们的注入信号 我们实际上整个环路对于这个信号 是起抑制作用 也就是当我们注入信号的时候 最终到我们环路响应那个点 采样到的信号 它实际上会经过闭环环路经过衰减的 那么这个时候我们 如果不改变我们注入信号的幅度 我们可以尝试在环路分析仪里面 增加它的积分时间 或者是用更加低频的接收的频段 来帮助网络分析仪得到更精确的信号 我们前面讨论了 实际上在低于我们截止频率的频段之内 我们整个闭环系统 实际上是会对这个注入信号 实现一个抑制的功能 所以说我们如果从测试结果来看 在低频段的时候 测试结果有些不稳的情况 或者是噪声太大的情况 那么我们可以尝试在低频段 增加我们注入信号的幅度 但同样的在高频段的情况 因为我们前面也提到 如果说在高频 注入的电压幅度太大 就有可能会导致整个系统的不稳定 所以说实际上在环路测试仪里面 它提供了另外选项 即能够动态地调整注入电压 在不同频率下的幅度 这就能够实现在低频段注入更大的信号 来使低频段对噪声更加具有免疫性 然后在高频段有更小的注入信号 来确保不会导致系统出现不稳定的现象 那么右边这个图实际上就是我们 用了这种方法来做的测试 很明显看到输出电压也是比较稳定的 那么它上面的低频信号 实际上就是注入电压的频率 然后从它的开关节点的纹波上来看 也是非常稳定的 所以我们最后做总结 那么我们在设计 PLL 的 DC-DC 的时候 我们需要注意到 第一个我们在芯片 它对应最小 on-time 的时间 然后第二个对于电感电流 避免要出现饱和 以及选择合适的电感的 ΔI 电容的容值 来确保我们整个系统 来确保我们整个系统 在所有的输入输出情况下 都能够正常稳定的工作 那么第三个是关于补偿跟软启的问题 那么在我们在做系统环路设计的时候 要尽量考虑到整个系统级的一些滤波器 比如说如果说系统 有一级两级三级的 LC 滤波器 那么这些都需要考虑到 我们最初始的电路的设计里面 那么对于软启这块的话 我们需要也要注意到 我们要控制软启时间 来确保我们在软启的时候 输入电流或者是我们电感电流 不会超过过流保护的点 对于 PCB Layout 来说 我们要注意到我们要保证 在我们电路系统里面 有一些高频的一些 di/dt 的环路 尽量小来降低我们整个 PCB 引起的寄生的电感的参数 同时的话 PCB 对于热这方面的考虑的话 我们要尽量考虑到 PCB Layout 的时候 要尽量的能够把我们芯片 从热焊盘上导出来的热 能够导到我们芯片的其它层 包括内层也包括底层 那么底层是更重要的 我们尽可能要保证底层有足够大的地面 我们尽可能要保证底层有足够大的地面 来把这个热给辐射散发出去 那么对于测量这一块来说 我们要测量输出电压 也要测量波特图 那么这个时候 我们需要注意到一些测试的方法 要用地线环的测量方式 以及或者是采用一些 可变电压幅度的方法来测试波特图 那么第二块的话 我们今天也大概解释一下 这些问题是怎么发生的 以及怎么样来避免它们 关于我们在这个讲座里面 提到的各种一些测试方法 以及一些设计的要点 包括那些那个补偿的话 它的设计以及设计两阶的 LC 滤波器 或者是我们怎么样测量芯片的结温的方法 大家都可以在 TI 网站上 找到相应的文章 来做更进一步的详细的学习 好 今天讲的就到这里 谢谢大家
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