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泰克示波器进行电源纹波测试的基本流程和设配设置方法

发布日期:2022-11-22         浏览数:3   

  随着集成电路的发展,用电设备的供电电压越来越低。比如目前主流微处理器的电源电压低至1V左右,移动设备使用的LP-DDR系列存储器最高电源电压不超过1.8V,这些非常接近硅的阈值电压的用电设备,也对电源质量提出了越来越高的要求。电能质量最重要的指标之一是电源纹波。

  电源纹波(ripple)通常认为是在直流电源输出中,叠加在直流分量上的并不需要的交流分量。那么如何进行电源纹波测试呢?今天安泰测试就给大家分享一下利用泰克示波器进行电源纹波测试的基本流程设置方法。

  一、电源纹波测试的基本流程:

  这里以一个常见的Raspberry Pi Pico开发板的电源模块为例,介绍电源纹波测量的基本流程。

  Raspberry Pi Pico是一个小巧实用的MCU板子,供电由一颗来自RICHTEK的RT6150B完成,输出电压是3.3V,电路如图1所示。RT6150B是一个Buck-Boost转换器,因此输入电压既可以高于也可以低于3.3V。板子的供电来自USB接口的5V,实现的是降压转换。值得注意的是,RT6150B有一个Power Save Mode(PSM)。当芯片的7脚(PS)拉低时,PSM启用,芯片工作在PFM模式,效率较高,但是纹波也较高。当PS拉高时,PSM禁用,芯片工作在PWM模式,轻载时效率降低,但是纹波也较低。


  图1:Raspberry Pi Pico的供电电路

  实际测量时,我们通过软件控制PS拉低或拉高,使供电模式在PFM和PWM之间切换,然后比较两者的区别。就测量点而言,电源输出端有一个电容C2,我们可以通过测量C2两端的电压来测量纹波。

  二、示波器设置

  本次讲解以泰克示波器MSO6B为例,为大家介绍如何设置示波器:

泰克示波器MSO6B

  图2:泰克示波器MSO6B

  探针:纹波是叠加在电源DC分量上的交流电压分量,因此它类似于普通的电压信号测量。选择无源电压探头即可。如果探头上可以设置衰减,比如1X和10X档,就需要设置到没有衰减的档,也就是1X档。

  探头接地线:拔下。没错,把探头上所有的接地延长线都去掉,包括最常用的接地夹。用接地弹簧将探头接地。接地弹簧是无源探头的标准配件,可以最短路径连接到板上的地线。

  垂直通道:设置为AC耦合;带宽限制设置为20 MHz;本着先粗后细的原则,垂直刻度可以先设大一些,例如50mV/div;检查并确认探头的衰减正确设为了1X。图2是一个示波器垂直通道的设置示例。


  图3:示波器垂直通道设置

  时间刻度:本着先粗后细的原则,时间刻度可以先设大一些,例如1ms/div,待后续观察到信号后,再放大查看细节。

  触发系统:由于使用AC耦合,触发电平可以设为0V,使用边沿触发即可。

  三、测量波形

  利用上述配置,可以测量输出电容上的交流电压,如图3和图4所示。为了方便比较,两幅图的垂直比例都设置为5mV/div。

  不难发现,与PWM模式相比,PFM模式下的电源纹波明显更大,与数据表的描述一致。

  

  图3:PFM模式的纹波

  

  图4:PWM模式的纹波

  纹波的具体值可以通过数字网格、光标或示波器的自动测量功能得到。

  用示波器测试电源纹波时,只有采用正确的测量方法,才能得到准确的测量值。

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