标签: 电源测量

电子器件的电源测量通常情况是指开关电源的测量（当然还有线性电源）。讲述开关电源的资料非常多，本文讨论的内容为PWM开关电源，而且仅仅是作为测试经验的总结，为大家简述容易引起系统失效的一些因素。因此，在阅读本文之前，已经假定您对于开关电源有一定的了解。 1 开关电源简述 开关电源（Switching Mode Power Supply，常常简化为SMPS），是一种高频电能转换装置。其功能是将电压透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。 开关电源的拓扑指开关电源电路的构成形式。一般是根据输出地线与输入地线有无电气隔离，分为隔离及非隔离变换器。非隔离即输入端与输出端相通，没有隔离措施，常见的DC/DC变换器大多是这种类型。所谓隔离是指输入端与输出端在电路上不是直接联通的，使用隔离变压器通过电磁变换方式进行能量传递，输入端和输出端之间是完全电气隔离的。 对于开关变换器来说，只有三种基本拓扑形式，即： ● Buck（降压） ● Boost（升压） ● Buck-Boost（升降压） 三种基本拓扑形式，是电感的连接方式决定。若电感放置于输出端，则为Buck拓扑；电感放置于输入端，则是Boost拓扑。当电感连接到地时，就是Buck-Boost拓扑。 2 容易引发系统失效的关键参数测试 以下的测试项目除了是指在静态负载的情况下测试的结果，只有噪声(noise)测试需要用到动态负载。 2.1 Phase点的jitter 图一 对于典型的PWM开关电源，如果phase点jitter太大，通常系统会不稳定（和后面提到的相位裕量相关），对于200~500K的PWM开关电源，典型的jitter值应该在1ns以下。 2.2 Phase点的塌陷 有时候工程师测量到下面的波形，这是典型的电感饱和的现象。对于经验不够丰富的工程师，往往会忽略掉。电感饱和会让电感值急剧下降，类似于短路了，这样会造成电流的急剧增加，MOS管往往会因为温度的急剧增加而烧毁。这时需要更换饱和电流更大的电感。 图二 2.3 Shoot through测试 测试的目的是看上MOS管导通时，有没有同时把下管打开，从而导致电源直接导通到地而引起短路。如图三所示蓝色曲线（Vgs_Lmos）就是下管在上管导通的同时，被带了起来，如果蓝色曲线的被带起来的尖峰超过了MOS管的Vth要求，同时持续时间（Duration）也超过了datasheet要求，从而就会有同时导通的风险。当然，这是大家最常见到的情况。 图三 下面这种情况有非常多的人会忽视，甚至是一些比较有经验的电源测试工程师。下面组图四是下管打开，上管关闭时候的波形（图4-1是示意图，图4-2示实际测试图）。虽然没有被同时带起的情况，但是请注意上下管有交叉的现象，而且交叉点的电平远高于MOS管规定的Vth值，这是个严重的shoot through现象。最直接的后果就是MOS管烧毁！ 图4-1 图4-2 组图四 下一页： 相位裕量和带宽 (phase margin and bandwidth) 来源于： EDNC BLOG 示波器的艺术的博客 2.4 相位裕量和带宽 (phase margin and bandwidth) 相位裕量和带宽是很多公司都没有测试的项目（尤其是规模较小的公司受限于仪器），但是这却是个非常重要的测试项目。电源系统是否稳定，是否能长时间（3年或以上）有效工作，相位裕量和带宽可以在很大程度上说起了决定性的作用。很多公司完全依赖于电源芯片厂家给的参考设计方案里的推荐值，但是跟你的设计往往有不小的差异，这样会有很大的潜在风险。 如果系统是一个不稳定的系统，反映在一些电源测试项目里面，会看到以下几个主要问题。 ● 电源的Noise测试通过，但是电源依然不稳定。表现为功能测试fail。常常有工程师在debug时说我的电源noise已经很小了，加了很多电容了，为啥还是跑不动呢？其实是他的闭环系统本来就不稳定。 ● Phase点jitter过大。这是比较典型的不稳定现象。 ● 瞬态响应(Transient response)太大。最笨的办法就是加很多电容，去满足瞬态响应的要求。对于低成本产品，这可是要钱的啊。 如果你没有用正确的方法测试出系统的环路增益的波特图，那么你如何下手去调试这些项目让他通过测试呢？只有来来回回不停作实验。然后来来回回跑功能测试。Oh, my god, 浩大的工作量。而且，对于一些低成本的产品，往往用到了铝电解电容，MLCC电容等低成本方案（电感，电阻值基本没有变化）。这些电容的容值会随着时间变化而减少。如MLCC，系统运行在正常温度两年~三年，容值会变到原来的一半。而这一半电容的变化，会对系统的稳定造成很大的影响，这也是为什么很多低价的产品质量不可靠的一个重要原因。那是不是说价格越高，用越多的电容就越好呢，当然不是。这就是为啥要测试phase margin的原因。你需要调试一组合理的值，能够同时覆盖全电容以及半电容的要求。这样同样能做到低价格高品质。 根据奈奎斯特定理对系统稳定性要求，规范要求一个闭环系统的相位裕量最少为60度，45~60度可以考虑为最低限额要求。对于带宽，200~500K的开关电源的要求在10%~30%的开关频率。从开关电源的稳定性看带宽越低，电源越容易稳定。从开关电源的动态指标看，带宽越高电源的动态性能越好。 下图五为典型的波特图： 图五 另外一点非常重要的是，除了PWM开关电源，有很多线性电源(LDO)，其补偿网络在芯片外部的，也要做类似的环路增益的波特图测试，从而确保其稳定性。LDO的测试，是绝大多数厂家容易忽略掉的。比如如下图六所示这种电路，很多人会直接测量noise完事。 图六 我们有可能会看到的相位裕量不能达到要求。如下图七，只有30度左右。这个时候，只有调试不同的参数，才能得到比较好的结果。从而满足系统稳定性的要求。 图七 2.5 电源纹波(ripple)和噪声(noise) 电源纹波和噪声，看起来是电源测试里面最简单的项目。但是也有可能对你的测试结果和功能有比较大的影响。 首先是纹波，我们测试的时候，只是看是不是符合规范要求，比如30mV等等。有些时候，纹波和系统的PLL是有关系的。如果你的PLL jitter不过 ，可以考虑进一步减小ripple。 噪声，有人会问，为啥我的系统noise和他的系统noise基本是一个范围，但是我的系统会跑fail呢？首先我们要排除前面讲的系统稳定性原因，然后，亲，你有没有用示波器做过FFT，看看同样noise在频域上的区别呢？ 下一页： 返回上一页 来源于： EDNC BLOG 示波器的艺术的博客

电子器件的电源测量通常情况是指开关电源的测量（当然还有线性电源）。讲述开关电源的资料非常多，本文讨论的内容为PWM开关电源，而且仅仅是作为测试经验的总结，为大家简述容易引起系统失效的一些因素。因此，在阅读本文之前，已经假定您对于开关电源有一定的了解。 1 开关电源简述 开关电源（Switching Mode Power Supply，常常简化为SMPS），是一种高频电能转换装置。其功能是将电压透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。 开关电源的拓扑指开关电源电路的构成形式。一般是根据输出地线与输入地线有无电气隔离，分为隔离及非隔离变换器。非隔离即输入端与输出端相通，没有隔离措施，常见的DC/DC变换器大多是这种类型。所谓隔离是指输入端与输出端在电路上不是直接联通的，使用隔离变压器通过电磁变换方式进行能量传递，输入端和输出端之间是完全电气隔离的。 对于开关变换器来说，只有三种基本拓扑形式，即： ● Buck（降压） ● Boost（升压） ● Buck-Boost（升降压） 三种基本拓扑形式，是电感的连接方式决定。若电感放置于输出端，则为Buck拓扑；电感放置于输入端，则是Boost拓扑。当电感连接到地时，就是Buck-Boost拓扑。 2 容易引发系统失效的关键参数测试 以下的测试项目除了是指在静态负载的情况下测试的结果，只有噪声(noise)测试需要用到动态负载。 2.1 Phase点的jitter 图一 对于典型的PWM开关电源，如果phase点jitter太大，通常系统会不稳定（和后面提到的相位裕量相关），对于200~500K的PWM开关电源，典型的jitter值应该在1ns以下。 2.2 Phase点的塌陷 有时候工程师测量到下面的波形，这是典型的电感饱和的现象。对于经验不够丰富的工程师，往往会忽略掉。电感饱和会让电感值急剧下降，类似于短路了，这样会造成电流的急剧增加，MOS管往往会因为温度的急剧增加而烧毁。这时需要更换饱和电流更大的电感。 图二 2.3 Shoot through测试 测试的目的是看上MOS管导通时，有没有同时把下管打开，从而导致电源直接导通到地而引起短路。如图三所示蓝色曲线（Vgs_Lmos）就是下管在上管导通的同时，被带了起来，如果蓝色曲线的被带起来的尖峰超过了MOS管的Vth要求，同时持续时间（Duration）也超过了datasheet要求，从而就会有同时导通的风险。当然，这是大家最常见到的情况。 图三 下面这种情况有非常多的人会忽视，甚至是一些比较有经验的电源测试工程师。下面组图四是下管打开，上管关闭时候的波形（图4-1是示意图，图4-2示实际测试图）。虽然没有被同时带起的情况，但是请注意上下管有交叉的现象，而且交叉点的电平远高于MOS管规定的Vth值，这是个严重的shoot through现象。最直接的后果就是MOS管烧毁！ 图4-1 图4-2 组图四 下一页： 相位裕量和带宽 (phase margin and bandwidth) 来源于： EDNC BLOG 示波器的艺术的博客 2.4 相位裕量和带宽 (phase margin and bandwidth) 相位裕量和带宽是很多公司都没有测试的项目（尤其是规模较小的公司受限于仪器），但是这却是个非常重要的测试项目。电源系统是否稳定，是否能长时间（3年或以上）有效工作，相位裕量和带宽可以在很大程度上说起了决定性的作用。很多公司完全依赖于电源芯片厂家给的参考设计方案里的推荐值，但是跟你的设计往往有不小的差异，这样会有很大的潜在风险。 如果系统是一个不稳定的系统，反映在一些电源测试项目里面，会看到以下几个主要问题。 ● 电源的Noise测试通过，但是电源依然不稳定。表现为功能测试fail。常常有工程师在debug时说我的电源noise已经很小了，加了很多电容了，为啥还是跑不动呢？其实是他的闭环系统本来就不稳定。 ● Phase点jitter过大。这是比较典型的不稳定现象。 ● 瞬态响应(Transient response)太大。最笨的办法就是加很多电容，去满足瞬态响应的要求。对于低成本产品，这可是要钱的啊。 如果你没有用正确的方法测试出系统的环路增益的波特图，那么你如何下手去调试这些项目让他通过测试呢？只有来来回回不停作实验。然后来来回回跑功能测试。Oh, my god, 浩大的工作量。而且，对于一些低成本的产品，往往用到了铝电解电容，MLCC电容等低成本方案（电感，电阻值基本没有变化）。这些电容的容值会随着时间变化而减少。如MLCC，系统运行在正常温度两年~三年，容值会变到原来的一半。而这一半电容的变化，会对系统的稳定造成很大的影响，这也是为什么很多低价的产品质量不可靠的一个重要原因。那是不是说价格越高，用越多的电容就越好呢，当然不是。这就是为啥要测试phase margin的原因。你需要调试一组合理的值，能够同时覆盖全电容以及半电容的要求。这样同样能做到低价格高品质。 根据奈奎斯特定理对系统稳定性要求，规范要求一个闭环系统的相位裕量最少为60度，45~60度可以考虑为最低限额要求。对于带宽，200~500K的开关电源的要求在10%~30%的开关频率。从开关电源的稳定性看带宽越低，电源越容易稳定。从开关电源的动态指标看，带宽越高电源的动态性能越好。 下图五为典型的波特图： 图五 另外一点非常重要的是，除了PWM开关电源，有很多线性电源(LDO)，其补偿网络在芯片外部的，也要做类似的环路增益的波特图测试，从而确保其稳定性。LDO的测试，是绝大多数厂家容易忽略掉的。比如如下图六所示这种电路，很多人会直接测量noise完事。 图六 我们有可能会看到的相位裕量不能达到要求。如下图七，只有30度左右。这个时候，只有调试不同的参数，才能得到比较好的结果。从而满足系统稳定性的要求。 图七 2.5 电源纹波(ripple)和噪声(noise) 电源纹波和噪声，看起来是电源测试里面最简单的项目。但是也有可能对你的测试结果和功能有比较大的影响。 首先是纹波，我们测试的时候，只是看是不是符合规范要求，比如30mV等等。有些时候，纹波和系统的PLL是有关系的。如果你的PLL jitter不过 ，可以考虑进一步减小ripple。 噪声，有人会问，为啥我的系统noise和他的系统noise基本是一个范围，但是我的系统会跑fail呢？首先我们要排除前面讲的系统稳定性原因，然后，亲，你有没有用示波器做过FFT，看看同样noise在频域上的区别呢？ 下一页： 返回上一页 来源于： EDNC BLOG 示波器的艺术的博客

  高分辨率8通道示波器 - PicoScope 4824 8通道 12位分辨率 20MHz带宽 256MS缓存 高性能任意波形发生器 超高速USB 3.0接口 分割屏幕波形视图 正弦波和脉冲低失真 先进数字触发 串行总线解码 每通道一个ADC，提供8通道和12位分辨率，PicoScope 4824使你能够在多个通道上，对各种类型的信号进行精确的、时间相关的波形测量。 高分辨率技术再加上256M样本缓存、强大的调试工具和内置任意波形发生器，PicoScope 4824是最理想的精确测量和快速调试示波器。各种工具例如波罩容限测试、串行总线解码、先进数字触发和余辉模式帮助你追踪问题，实现快速诊断。在高分辨率下捕获波形，使它更容易从噪音中区分出信号，从而轻松调试和分析。   典型应用 ● 单相和3相电源传输分析 ● 复杂嵌入式系统开发 ● 多传感器系统 ● DC电源排序 ● 驱动和控制 ● 汽车系统设计、调试和验证 ● 7.1和5.1音响系统测量   应用案例 - 电源测量 PicoScope 4824特别适用于做各种电源测量，测量各种高电压和电流以及低电压控制信号。为了得到最好结果，可使用Pico差分电压探头 (TA041 或 TA057) 加上电流钳 (TA167)。为了提高电源设计效率和可靠性，示波器能够显示和分析待机功率消耗、浪涌电流和稳态功耗。PicoScope的内置测量和参数统计例如真RMS、频率、峰-峰电压和THD可做准确的电源质量分析。 非线性负载和现代功率转换设备产生复杂波形，带有明显的谐波成分。这些谐波会造成设备和导体内部发热增加、可变速度驱动器缺火、以及电机扭矩波动，从而降低效率。12位的PicoScope 4824能够精确测量失真，通常最大100th谐波。在供应端，也能够检查电能质量问题例如电压暂降和骤降、电压瞬升、电压尖峰、闪变、中断和长期电压和频率变化，确保合规性。 在3相分配系统中，最重要的是特性表征和平衡相之间的负载。8通道的PicoScope 4824示波器可监测3相4线系统所有4个导体的电流和电压波形。用于识别错配，避免断路器跳闸，或者变压器和导体过热。 应用案例 - 复杂的嵌入式系统 当用示波器调试嵌入式系统时，你可以快速使用多个通道。你可能需要观察I2C或SPI总线，同时也要观察多个电源导轨、DAC输出和逻辑信号。利用8个通道，PicoScope 4824能够实现这项复杂的测量任务。可选择解码最多8个串行总线、显示模拟波形和解码数据、或者串行总线和其它模拟或数字信号的组合。PicoScope在所有通道上都提供先进触发，因此你可以搜索矮脉冲、漏失和噪音，也可用4路输入布尔逻辑触发查找数据码型。     数据采集 利用256M样本缓存，该款示波器可用高时间分辨率捕获超过5分钟连续50/60Hz波形数据。使用软件开发包 (SDK)，你可编写定制应用程序，保存数据仅限于电脑硬盘尺寸。 更多的信息请访问我们的网站。

话说新联想的第二任CEO阿梅里奥和负责供应链的刘军发生冲突,因为阿氏希望自己的人控制供应链的一些重要职能，刘军拒绝，带来的结果是刘军被安排离职进修。 刘当然很不爽,郁闷坏了,这时候柳传志打来电话,邀请刘军和他的父母一起吃饭，在饭桌上,柳传志给刘军父母解惑，“离职学习,是为了更好地培养他”。  柳很细心，用一顿饭让刘军觉得幸福不已，并使他保持了对联想的忠诚。 对于刘被辞职这件事，柳曾回忆道，“专项战略委员会汇报的时候给刘军打的分数很低，元庆（杨元庆）也记得，我当时差一点流眼泪，……一员大将的培养真的不知道经过多少磨难。”  　 庆幸的是，刘军最终挺了过来。2007年，他在斯坦福商学院和哈佛商学院学成后，接替杨元庆担任消费集团总裁。2009年，柳传志复出，刘军及陈绍鹏作为杨元庆的左膀右臂同时高调亮相，并进入联想最高经营8人管理团队“联想执行委员会”（LEC）。   如今的他将在未来领导联想的Lenovo业务，可以说，联想IT成分中目前最大的两块：手机和PC，都将尽在其手。 上面这则企业八卦有点意思，值得品位： 1，有人的地方就有政治，美国公司更讲政治。 任何领导都喜欢用自己的人，于是就有政治。 2，信任危机是最大的成本与代价。因为刘军辞职让很多同事不知道未来在新公司的生存究竟是凭能力还是凭关系。  3，老柳运用和刘的父母一起吃饭这种充满人情味方式留住刘军体现其做事做人的用心和中国智慧是值得学习的。 一切的问题都是人的问题。对人性的深切体悟是大企业家成功的关键之关键。  4，刘军应是高端猎头的重点关注对象，在其被辞职后能重新选择回归联想并拥有了更大的舞台，这选择的智慧来自于哪里？ 5，作为一个电子消费品企业,联想一直是重视和善于运用媒体包装出这些八卦故事，是很好的软广告策略，值得学习。 我说过，成功需要炒作和运作。炒作换个词可以是包装或策划，运作换个词是执行力。策划可大可小,我们最近也小策划了一个“面对面100”活动,就是在华南地区先行试点就相同的主题在100个客户的现场和工程师们进行面对面的交流。 我们选择的主题是电源纹波/噪声测量及电源完整性分析。 下面是我们这100场客户现场Seminar的邀请函的一部分： “ 电源是所有电子产品的心脏。电源测量问题不只是电源开发工程师关注的问题,而是任何一个做电子产品开发的工程师都在关注的问题。近几年来最突出、最流行的一些问题是：电源纹波该怎么测量是准确的,可信的?  电源纹波测量和电源噪声测量的区别是什么?在测量电源纹波时，我们发现将时基设置为10us/div和1ms/div时的测量结果差别很大，这是为什么？正确的时基大小是多少？测试电源纹波和噪声的时候，选择20MHZ的带宽是为了测试电源自身是否满足要求，对于电源这种低频信号而言，20MHZ带宽已经足够了，为什么不在示波器上选择全带宽?选择全带宽是怕受到高频信号的干扰，而无法测试出电源本身的问题?但是电源对于电路板而言很重要，如果高频信号也对此有大的干扰，那么电路板就不能正常工作，是不是也应当测试高频信号对电源的干扰？测量纹波时为什么需要将示波器设置为2mv/div，DC 50欧耦合而不是AC 1M欧？为什么要外面加隔直电容滤掉直流成分？隔直电容值大小该如何选择？焊接SMA Cable的方法来测量纹波太麻烦了，有什么好的探测方法? 以上这类问题几乎每天都遇到！！但是系统的电源噪声并不是一个孤立的话题，系统的电源噪声是否满足要求取决于系统的供电网络设计，而如何在系统设计过程中设计出高效的滤波系统又显得尤为关键；在实际的供电网络设计过程中，如何设置合理的电源地层叠、电源地平面如何分割、如何选取合适的滤波电容以及滤波电容如何放置等等，这些设计和讨论贯穿于整个设计过程中；而这些问题如何用仿真的方法去实现成为探讨的热点话题。 为此，我们一直有一种深沉的冲动：深入彻底研究这些问题,和尽可能多的工程师就此类问题进行面对面的交流! ……” 写PPT的关键是先拟好提纲,当我确定好《电源纹波/噪声测量问题探讨》的提纲后，后面写填充内容就很快了。 这个讲稿的提纲是:  1，您遇到类似问题吗  2，简单了解电源  3，让我们来定义电源纹波和电源噪声     •  测量直流电压波形本身的黄金标准     •  电源噪声的成因  4，电源纹波/噪声测量对示波器带宽要求的讨论     •  了解电源分布网络PDN     •  和Eric Bogatin,叶凯的讨论（原汁原味摘录）  5，示波器量程和偏置等设置对测量电源波波/噪声的影响      •  量程为什么一定要越小越好? 为什么一定要用Cables连接?      •  用DC耦合还是AC耦合?      •  AC 1M欧 or DC 50b欧+隔直电容？  隔直电容多大是合适的?      •  偏置不够大的示波器如何测量？ 6，电源纹波/噪声的频域分析 7，HD4096技术在电源纹波/噪声测量上的应用价值 8，HDO4000/6000系列示波器的竞争力及其它典型应用 我们选择在客户现场举办这样的研讨会，因为这样可以和更多的工程师进行面对面的交流。如果您希望参与这种交流，您只要能提供会议室,有三位以上工程师参与交流,就请和我们联系,我们将来到您的身边，和您进行面对面的充分交流！ 回复我的邮件，留下您的联系方式，我们将和您联络安排这样的现场seminar。 这周我们的附件技术文章讨论的是示波器的FFT的频率分辨率问题，此文由我们的应用工程师马亦飞贡献,此前他出品的“FFT的前世今生”很受好评，因此马亦飞君策划这篇关于FFT的文章的题目叫“FFT的前世今生(二）”。 下次我们将分享FFT的前世今生（三)”，敬请期待。