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泰克示波器进行电源纹波测试的基本流程及设置方法概述

发布日期:2021-10-29         浏览数:7   

随着集成电路的发展进步,用电设备的电源电压越来越低。例如目前主流微处理器的供电电压已经低至1V左右,用于移动设备的LP-DDR系列存储器,供电电压最高也不超过1.8V。这些非常接近硅阈值电压的用电设备,对电源的品质也提出了越来越高的需求。电源品质中,一个比较重要的指标是电源纹波。

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及设置方法。

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,从而使供电模式在PFM和PWM之间切换,进而对比二者的差异。测量点位方面,供电输出处有一颗电容C2,我们可以测量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

探头:纹波是叠加在电源直流分量上的一个交流电压分量,因此和普通电压信号测量比较类似,选择一个无源电压探头即可。如果探头上可以设置衰减,例如有1X和10X两个档位,需要设置到没有衰减,即1X的档位上。

探头接地线:拔掉。没错,去掉探头上所有的接地延长线,包括最常用的接地夹。探头的接地要使用接地弹簧。接地弹簧是无源探头的标准配件,可以用最短的路径就近接入板上的地线。

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。

泰克示波器垂直通道设置

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

 

使用上述配置,可以测得输出电容两端的交流电压如图3和图4所示。为了方便对比,2张图的垂直刻度都统一设置为了5mV/div。

我们不难发现,相比PWM模式,PFM模式下,电源的纹波是明显大的,这和datasheet的描述是一致的。


图3:PFM模式的纹波

 

图4:PWM模式的纹波

具体纹波的数值,可以通过数格子、光标或示波器的自动测量功能获取。

通过示波器测试电源纹波时,只有采取正确的测量方法,才能得到准确的测量数值,如果大家在使用泰克示波器进行电源纹波测试过程中有什么问题,欢迎咨询安泰测试网www.agitek.com.cn,安泰测试有专业的技术团队提供全面的技术支持服务。