Analýza napájecích obvodů

Většina dnešních elektronických konstrukcí vyžaduje pro správnou funkci více různých napájecích napětí, tak jak to vyžadují různé části integrovaných systémů, v nichž se vzájemně propojuje více technologií. Zároveň díky stále dynamičtějším změnám v odběru, řízení obvodů s ohledem na maximální efektivitu či spínání s velkými rychlostmi dochází k zarušení napájecího vedení. Případné problémy přenášené z napájení zpět na jednotlivé části a případně přeslechy na DSP je třeba analyzovat a řešit.

Současné napájecí linky na deskách musíme analyzovat s ohledem na požadovaný výkon, včetně stability požadovaného napětí v čase. Přechodové děje mají vliv na charakterizaci celkového šumu – náhodného v celém spektru, periodické události (např. od hodin spínacích obvodů) a přechodné události (sepnutí např. rádiového vysílání). Na DC úrovni napájení lze pak nalézt namodulovaný šum podobný, jako je na obr. 1.

Díky rychlosti současných spínacích obvodů je šířka pásma šumu velmi velká a na druhé straně je citlivost obvodů na vyšší frekvence rušení větší, než byla dříve. Osciloskopy nebo jiná zařízení mají pro analýzu zvlnění DC napětí (ideálně konstantního) funkci RIPPLE and NOISE analýzy. Dnes se ale podíváme na problém, jak se k signálu připojit. Připojení běžným kabelem omezuje pásmo, ve kterém jsme schopni měření provádět, připojení koaxiálním kabelem není většinou možné a vliv vlastní kapacity kabelu není zanedbatelný. Použití osciloskopu s běžnými pasivními sondami 10 : 1 je samozřejmě první volbou. Zde je třeba připomenout, že sonda i osciloskop mají vlastní šum a i další vlastnosti či možnosti osciloskopu mají vliv na konečný obrázek. Čím více bitů mají převodníky, tím lépe, další plus je možnost redukce šumu pro jednorázové děje – tedy pokud je osciloskop schopen provádět klouzavé průměrování − a zde je zase vliv rychlosti vzorkování v reálném čase. Čím více umí osciloskop vzorkovat, tím lepší je pak zisk matematických bitů navíc. Pro analýzu šumu v řádu desítek až stovek milivoltů na DC úrovni, třeba 12 V, je třeba použít AC vazbu, která stejnosměrnou složku odfiltruje. Zároveň ale přijdeme i o nízkofrekvenční změny. Tím se dostáváme na rozsahy vertikální citlivosti osciloskopu třeba 20 mV/dílek. A bohužel platí, že čím větší citlivost, tím větší relativní šum osciloskopu i sondy. Použití sondy 10 : 1 tak velmi zhoršuje poměr signál/šum. Viz obr. 2, modrá stopa je signál měřený pomocí sondy 10 : 1. Zároveň pro tyto citlivosti často nelze použít kompenzaci pomocí offsetu – ten bývá limitován jako násobek nastavené citlivosti. Musíme tedy dělat kompromisy.

Vzhledem k navýšení potřeby analyzovat výstupy AC/DC a DC/DC měničů se objevily Power Rail sondy přímo určené pro tento typ aplikací. Firma Tektronix nabízí dva modely TPR1000 (1 GHz) a TPR4000 (4 GHz). Obě sondy mají dynamický rozsah 1 V, při offsetu až 60 V. Při limitaci na 20 MHz je šum systému sonda + Tektronix MSO6 maximálně 300 μVP-P nebo 1,3 mVp-p nebo 1,3 mV pro maximální šířku pásma. Vstupní impedance je 50 kΩ pro DC vazbu. Dělicí poměr je 1,25 : 1 a šum je tedy 8× menší než u pasivní sondy 10 : 1.

Podrobnější informace získáte u autorizovaného partnera TEKTRONIX pro Českou republiku a Slovensko, společnosti TESTOVACÍ TECHNIKA s. r. o., nebo přímo na webových stránkách výrobce www.tektronix.com.