Современная электроника №7/2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 58 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2019 Точные измерения цепей питания Рис. 2. Осциллограмма шумов: канал 3 (красная кривая) использовался для захвата сигнала шины питания, на которую наводилась высокочастотная помеха. Если энергия этой помехи слишком велика, она может повлиять на работу устройства или вызвать его повреждение Рис. 1. Компоненты шума источника питания постоянного тока На сегодняшний день анализ цепей питания является одной из важнейших задач, с которыми сталкиваются разработчики систем электропитания. При этом специфические проблемы, возникающие при измерении параметров источников питания постоянного тока, могут быть решены при помощи соответствующих измерительных приборов. В данной статье автор подробно расскажет о цепях питания и даст необходимые рекомендации для решения конкретных задач. Ли Морган (Tektronix) Для работы многих компонентов тре- буется несколько источников питания. Особенно это касается высокоинтегри- рованных систем на кристалле, ПЛИС и процессоров, где могут взаимодей- ствовать несколько различных техно- логий. Кроме того, имеется тенденция снижения уровней напряжения, что ведёт к сокращению допусков на шумы в шинах питания. В то же время потенциальные воз- можности возникновения шумов рас- ширяются в связи с появлением следу- ющих факторов: ● функции повышения энергоэффек- тивности, такие как стробирование питания, динамическое управление напряжением и частотой (DVFS); ● динамически меняющиеся нагрузки с быстрыми переходными процессами; ● повышенные перекрёстные помехи и взаимовлияние; ● импульсные стабилизаторы напря- жения с крутыми фронтами. Точное измерение шумов в цепях питания требует применения таких решений, о которых раньше могли и не задумываться, например, специаль- ных пробников цепей питания. О СНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЦЕПЕЙ ПИТАНИЯ И НЕКОТОРЫЕ ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ Очень важно измерить параметры цепей постоянного тока и убедиться, что питающие напряжения лежат в пре- делах допуска для конкретной системы или устройства. При этом надо учиты- вать не только значение постоянного напряжения, но уровень шумов. Шум в цепях питания можно разделить на широкополосный, периодический и переходные процессы (см. рис. 1). Чтобы минимизировать эти типы шумов, сначала нужно их выделить и точно измерить. Однако измерения в цепях питания связаны с некоторы- ми специфическими особенностями, в ходе их выполнения нужно учиты- вать следующие аспекты: ● требования к полосе измерения; ● шум измерительной системы и проб- ников; ● динамический диапазон измеритель- ной системы; ● влияние пробника на измеряемую цепь. П ОЛОСА ИЗМЕРЕНИЯ Исследуя конструкцию разных систем питания можно прийти к выво- ду, что для измерения их параметров достаточно использовать измеритель- ную систему с полосой пропускания несколько десятков МГц. Большин- ство импульсных источников питания используют частоту преобразования в несколько десятков кГц, и в редких слу- чаях до нескольких МГц. Крупные кон- струкции и устройства, использующие большие напряжения питания, менее чувствительны к шумам. Поэтому шумы с частотами выше 20 МГц обычно не учитываются. Однако по упомянутым выше при- чинам современные конструкции чув- ствительны к высоким частотам и под- вержены влиянию высокочастотных шумов (см. рис. 2). Изменилась также и схемотехника источников питания. В то время как Максимальное напряжение питания устройства Минимальное напряжение питания устройства Широкополосный шум Периодический шум Переходные процессы Номинальный уровень постоянного напряжения Время Напряжение