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Spectrum View 在電源網絡調試 及PLL故障診斷場景的應用

2019-09-03 00:19:52 來源:泰克
本文將通過常見的電源網絡調試及PLL故障診斷等測試場景進一步描述Spectrum View的應用。


圖1. MSO64采用全新TEK049平臺和超低噪聲前端TEK061

Spectrum View在電源調試中的應用

作為電子系統的動力源泉,電源網絡質量的優劣將直接影響系統能否正常工作,因此電源測試及調試是保證系統正常工作極其重要的一環。系統中常用的電源種類較多,包括SMPS (AC-DC, DC-DC)及LDO,對于這些電源,一般除了關注電壓幅度之外,現在也越來越多地開始關注電源紋波信號,尤其是對于RF IC及HSS IC的供電。因為電源網絡中的高頻噪聲可能會串入這些敏感電路,從而造成干擾。

即使電源紋波比較微弱,對敏感電路帶來的影響也不可忽略。在電源紋波測試方面存在兩個問題:(1) 能否測到微弱的電源紋波?(2) 如何快捷地確定電源噪聲頻率?這兩點都是在紋波測試時面臨的挑戰,使用泰克最新平臺示波器MSO64并借助于極低噪聲、高帶寬電源軌探頭,這些問題便迎刃而解。

新平臺示波器MSO64采用全新TEK049平臺,不僅實現了4通道同時打開時25GS/s的高采樣率,而且實現了12-bit高垂直分辨率。同時,由于采用了新型低噪聲前端放大ASIC TEK061,大大降低了噪聲水平,在1mv/div時,實測的本底噪聲RSM值只有58uV,遠遠低于市場同類示波器。這些特性都是MSO64頻譜模式——Spectrum View獲得高動態、低噪底的強有力保證。

MSO64借助于TPR1000/4000電源軌探頭,系統噪聲可以低至300uVpp,極大地提高了微弱信號測試能力,這是普通探頭所遠遠不及的。TPR系列探頭的帶寬高達4GHz,并可提供±60V的offset電壓范圍,非常適合測試常規電源的高頻噪聲。此外,TPR探頭還提供了豐富的探測前端,支持靈活的探測連接方式,包括點測、焊接測試、卡接、插接等方式。

電源紋波測試時,可能多數情況下測得的紋波并不是正弦波,如圖3所示,紋波的時域波形比較“亂”,局部放大波形后雖然也能觀察到周期性,但是并不知道紋波的頻率成分。當打開Spectrum View后,可以非常清晰地看到電源上噪聲的頻譜,如圖5所示。電源噪聲頻譜中主要包括兩組頻率成分:8kHz及其諧波分量和間距為200Hz的線狀譜。線狀譜主要是由圖3所示的周期為5ms的脈沖所致,而8kHz及其諧波是由于電路板上的時鐘信號串擾所致,這為電路板的故障診斷提供了調試依據。


圖2. 泰克可提供高性能電源軌探頭


圖3. 微弱電源紋波測試波形


圖4. 微弱電源紋波測試波形(局部放大)


圖5. 電源噪聲波形及頻譜分析

Spectrum View在PLL調試中的應用

憑借優異的相噪性能和頻率穩定度,基于PLL的頻率綜合器已廣泛應用于射頻/uW及HSS電路。在PLL開發調試過程中,為了提高診斷和測試效率,需要多通道測試設備同時觀測多路信號,包括射頻輸出、VCO直流電壓、VCO調諧電壓等,以便于聯動分析。因為VCO供電及調諧電壓是否穩定及純凈將直接影響PLL的性能,甚至導致PLL失鎖。

圖6是一個頻率工作在約2.4GHz處的PLL實際輸出的信號頻譜,此時PLL處于穩定的狀態。但是,當降低RBW后發現,信號中存在很多雜散,如圖7所示。圖中同時打開了三個通道的spectrum view,Ch.1觀測射頻信號頻譜,Ch.2/3分別觀測調諧和直流電壓波形的頻譜。

三個通道頻譜的中心頻率可以設置不同,Ch1.設置為2.42GHz,Ch.2/3設置為20MHz,span均設置為50MHz。從圖7中可以看出,調諧和直流電壓的時域波形并不穩定,而是包含了很多雜散頻率成分。對比三個通道的頻譜發現,射頻頻譜上的雜散基本都是由調諧和直流電壓波形上的雜散直接調制而來的。因此,為了提高射頻信號頻譜純度,需要對供電和調諧電壓作濾波處理。


圖6. PLL穩定工作時的頻譜


圖7. 使用Spectrum View分別觀測PLL射頻及供電/調諧電壓的頻譜

Spectrum View的時頻域聯動分析功能,還便于PLL失鎖分析,圖8捕獲了PLL的失鎖狀態,通過分析此時的電壓波形可知,調諧電壓出現問題導致PLL失鎖,與此同時,也導致直流電壓波形瞬間異常。除了可以排查失鎖故障,Spectrum View的這種特性也可以用于測試PLL的穩定響應時間。


圖8. 多通道測試協助PLL失鎖故障分析

結論
本文著重介紹了泰克示波器全新頻譜分析功能Spectrum View在電源調試和PLL故障排查診斷中的應用。實測表明,Spectrum View的多通道時頻域聯動分析,非常便于干擾信號定位以及電路故障排查,為開發工程師調試產品提供了重要依據。

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