一台示波器如何轻松搞定电源信号完整性测试?

  浏览量2024-03-27 作者: 轨道交通

  开关电源的质量直接影响到产品的性能及其安全可靠性。电源测试项目多,计算量大,统计繁琐等问题一直困扰着工程师们,本文将对开关电源的几个重要测试项目进行讲解。

  示波器电源测试分析主要实现使用示波器来对电源(开关电源)进行有关测试,提高电源研发人员的工作效率,方便对电源模块来测试。主要涉及开关电源(AC/DC)有关测试。

  在大多数现代系统中,流行的DC电源结构是开关电源(SMPS),这种电源因能够高效处理负载变化而闻名。典型SMPS的电源信号路径包括无源元件、有源元件和磁性元件。SMPS最大限度地减少了有损耗的元件的使用量,如电阻器和线性模式晶体管,重点采用(在理想条件下)没有损耗的元件,如开关式晶体管、电容器和磁性元件。其主要构成如图1所示。

  开关电源的测试参数最重要的包含输入端分析、输出端分析、磁性元件分析、开关器件分析、调制分析、环路分析等,如下图2为示波器进入电源分析测试界面后,对应各个测试功能的测试项目。

  由于电源谐波的产生会增大电源系统的谐波损耗,降低电源利用率,使电源端负载等设备过载运行,缩短常规使用的寿命,也有一定的可能发生谐振现象,导致各个器件因电流过大或电压过大而损坏等,所以对谐波的参数测试和分析就至关重要了。

  ZDS3000系列以上的示波器可根据IEC61000-3-2测试0-40次电流谐波有限值,按对谐波电流的限制,设备可被分为ABCD四类,并支持谐波有效值导出报表,示波器谐波测试界面如下图3所示。

  谐波值:用于显示某次电流谐波分量的有效值,使用统一的单位,单位由最大值动态决定。

  谐波限值:谐波限值根据IEC 61000-3-2的 A、B、C、D 类标准动态计算得到的限值,选择的类别不一样将得到不一样的电流限值。

  输出纹波主要指输出的直流中的交流成分,在电路的频率和开关的频率都可能会产生纹波。在一些设备中对这些纹波非常敏感,所以必须对电源输出的纹波做测量,一般纹波大小为mV,采用峰峰值表示。

  示波器电源分析功能中有快捷测试输出纹波的选型,通过Analyze进入选择输出纹波,设置好配置即可快捷得出输出纹波参数,并支持导出报表。

  开关电源的开关器件总是工作在打开或关闭状态,能够给大家提供更高的效率。理想情况下,开关器件打开和关闭是没有损耗的但现实情况中,开关器件工作是存功率损耗的。最重要的包含开关损耗,传导损耗。如下图5所示。

  最大值、最小值和平均值:统计结果,能够正常的使用Clear进行清除并重新开始统计。

  除开关损耗测试外,还有可用于来料检测或验证开关器件性能利用率的SOA(安全工作区),动态开点电阻及dv/dt,di/dt等分析功能,后续文章会一一详细介绍。

  调制分析用于电源控制环路的测量。调制分析通常用于表征从直流输出到开关晶体管选通端脉宽调制 (PWM) 的反馈,以实现动态的电压调节。

  对于调制分析,主要涉及以下几个方面的测试分:脉冲分析、占空比、周期、频率、上升时间和下降时间。

  无源元件是指不放大信号或开关信号的元件。电源采用全系列无源元件,如电阻器和电容器,但从测量角度看,主要重点要放在磁性元件(磁性器件)上,特别是电感器与变压器。电感器与变压器都由外面缠着几圈铜线的铁芯组成。

  电感器的阻抗会随频率提高而提高,对较高频率的阻挡作用要高于较低频率,因此适合滤波电源输入和输出上的电流。

  为了计算这一些数据,需要设置磁性元件有关参数,首先必须确定使用的单位 SI 或者 CGS, 根据单位的不同,其参数的配置和范围略有不同。需要配置的参数有:

  电源使用电感器作为能量贮存设备、滤波器或变压器。作为变压器时,电感器能够在一定程度上帮助保持开关式电源中的振荡。设计人需要监测这种设备在工作条件下的行为。电感值取决于电流和电压来源、激发信号、波形和工作频率。

  一、两个信号之间的时延或者相位差测量 在信号完整性测试中我们大家常常会遇到对两个或者多个信号之间的偏移或者相位差的测量。如某个单板上多个电源信号之间的时序关系;DDR等内存测试中数据信号和时钟信号的建立时间和保持时间等时序关系等等。 图1 基本D触发器的锁存数据示意图 在一些射频应用中,也经常需要测试多个信号之间的相位差,如图1所示,为了验证一个被测件DUT的特性,采用射频信号源通过定向耦合器分成两路,一路射频信号施加到DUT上,经过示波器后连接到示波器(图中是以力科的最高实时带宽为45GHZ的实时示波器为例)的一个通道,另外一路射频信号立即进入到示波器中作为参考源,然后使用示波器观察经过D

  相位变 /

  “触发”绝对称得上数字示波器灵魂级的概念,假如没有合适的触发条件,波形观测也无从谈起。虽然很多工程师熟悉触发功能,但只知其表不知其里。如何深入理解触发呢?这篇ZDS示波器研发笔记在这里分享给大家。 示波器在使用时首先要得到稳定触发的波形,这样才可以保证后续的测量、解码等高级功能的可靠性。现在数字示波器的触发功能越来越强大,从常规触发,到协议触发,再到模板触发,越来越强大。但在基本的触发设置中,有些小细节的作用不可忽视,灵活掌握后,对使用示波器亦大有裨益。下文就对触发功能、设置中的触发滤波、触发灵敏度、释抑时间做多元化的分析交流。 一、示波器触发的原理 示波器的触发系统与采样系统,是示波器的重要组成部分。采样系统负责将模拟信号数

  的触发设置详谈 /

  示波器自从问世以来,它一直是最重要、最常用的电子测试仪器之一。由于电子技术的发展,示波器的能力在不断的提高,其性能与价格也五花八门,市场参差不齐。示波器看似简单,但如何明智的选择,也存在许多问题。 怎样挑选合适的示波器 一、了解您需要测试的信号二、选择示波器的核心技术差异:模拟(DRT)、数字(DSO)、还是数模兼合(DPO)三、确定测试信号带宽四、A/D转换器的采样速率(或采样速度)五、屏幕刷新率也称为波形更新速度六、选用适当的存储深度,也称记录长度七、根据自身的需求选择不同的触发功能、八·通道能力,包括通道数量和通道对地的悬浮能力和通道之间的隔离能力九、对非正常现象的捕获十、示波器的性能和指标十一、分析功能有助于您事半功倍十二、相应配套

  的选用应考虑哪一些问题,主要使用在在哪些场合 /

  PCB设计中眼图到底有什么用? 眼图,是由于示波器的余辉作用,将扫描所得的每一个码元波形重叠在一起,从而形成眼图。 本文将带领大家探索PCB上的眼图是什么,眼图是怎样形成的,眼图中包含有哪些信息,如何根据眼图情况分辨信号质量。 想看 懂示波器眼图要掌握以下4点: 一、什么是眼图? 眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形,它包含了丰富的信息,从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响,体现了数字信号整体的特征,从而估计系统优劣程度,因而眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。 另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整,以减小码间串扰,改善系统的传输性能。 用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端,然后调整示

  眼图要掌握4个技巧 /

  我们先简单回顾下什么是示波器的触发。 由于信号无时无刻都在变化,如果一股脑的都把他们显示在示波器上,就会很乱,根本没办法让我们看清楚,从而也就无法观察信号来处理问题。考虑到信号大多数时候都是以某种规律周期性出现的,因此我们只要找到他重复的规律,把每一次重复叠加显示在示波器上,信号就可以稳定观察了。 这种把信号稳定显示就是触发,也叫同步扫描。而寻找信号重复的规律,就是选择触发方式的过程。下面我们的角度来看下示波器常见的都有哪些触发方式,以及是如何来让我们找到信号重复的规律的。 示波器最常见也是最常用的触发方式是边沿触发了。因为大多数信号都是以上升和下降周期性变化的。边沿触发是指当信号的边沿到达某一设定的触发电平并继续上升或下

  的几种触发方式 /

  在科技发达信息化社会示波器能够说是任何设计、制造或是维修电子设备的必备之物。从设计研发到检测使用,工程师们需要一双“慧眼”,这双眼能快速而精确察觉缺陷以帮助工程师们更好的解决测量疑难。面对当今各种测量挑战,示波器当之无愧的被工程师们称为能够很好的满足要求并且能够胜任工作的最佳关键工具。 示波器的用途不仅仅局限于电子领域。示波器利用信号变换器,适用于各种各样的物理现象。信号变换器能够响应各种物理激励源,使之转变为电信号,包括声音、机械应力、压力、光、热。麦克风属于信号变换器,它实现把声音转变为电信号。从物理学家到电视修东西的人,各种人士都使用示波器。汽车工程师使用示波器来测量发动机的振动。医师使用示波器测量脑电波。描述示波器的用途是没有止境

  什么时候应使用示波器? 若需要一次测量许多信号的 模拟 特点,那么数字示波器是最高效的解决方案。在您有必要了解特定的信号幅度、功率、电流或相位值或上升时间等边沿指标时,应选择使用示波器。 在下述情况下使用数字示波器: 在检验模拟器件和数字器件期间,检定信号完整性(如上升时间、过冲和振铃) 一次在最多四个信号上检定信号稳定性(如抖动和抖动频谱) 测量信号边沿和电压,评估定时余量,如建立时间/保持时间、传播延迟 检测瞬态问题,如毛刺、欠幅脉冲、亚稳定跳变 一次在多个信号上测量幅度和定时参数 何时应该使用逻辑分析仪? 逻辑分析仪很适合检验和调试数字设计。逻辑分析仪检验数字电路正常工作,帮助您调试出现的问题。逻辑分析

  自97年泰克推出DPO(数字荧光示波器)以来,DPO正在成为泰克公司新的产品方向之一。去年年底公司推出DPO7000,面向了中高端的深度分析应用市场,今年2月份,公司再次推出DPO新的系列4000产品,以面向广泛的嵌入式电路设计应用。公司亚太区销售及销售运营副总裁Bob Agnes强调:这款产品融合了60多年公司在示波器方面的经验,其最大的特点是,它是面向客户的真实需求开发的一款产品。 公司全球实地营销总监Gary McFarlane解释说:现在嵌入式电路技术正在变得更复杂,低成本的微处理器和微控制器慢慢的变快,许多嵌入式技术采用的都是混合信号电路,另外,嵌入式系统模块设计正日益采用I2C、SPI以及CAN等串行总线来代替并行总线,

  及典型应用分析

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