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8通道示波器讓電源排序檢驗變得更輕松

鉅大LARGE  |  點擊量:97次  |  2020年06月19日  

摘要
大多數嵌入式系統使用不止一根電源排線,許多使用4根或更多。單個IC,例如FPGA、DSP或微控制器,可能具有特定的時序要求。例如,一家芯片制造商可能推

大多數嵌入式系統使用不止一根電源排線,許多使用4根或更多。單個IC,例如FpGA、DSp或微控制器,可能具有特定的時序要求。例如,一家芯片制造商可能推薦要在內核電壓供電穩定之后,才會施加I/O供電電壓。另一家制造商可能要求應在相對的規按時間內供電,以防止各個供電引腳上電壓差拖長。處理器和外部存儲器之間上電順序可能也非常關鍵。


芯片制造商可能會規定特定電源必須以單順序方式啟動,以防止多個上電復位。這可能極具挑戰性,因為涌入電流可能會對負載點穩壓器提出很高的瞬態要求。在這種情況下,電源線啟動形狀與按時順序相同重要。


一旦把各種芯片供電要求、整體供電、基準供電及其他IC多個負載點穩壓器組合在一起,您會很快遇到七八根電源線。


使用4通道示波器檢驗嵌入式系統中的電源線按時可能會非常耗時,但這是大多數工程師必須要做的事。在我們與示波器用戶溝通時,評估開機順序和關機順序是工程師想要4條以上通道的最常見的原因之一。在本文中,我們將簡要介紹使用4通道示波器評估開機順序和關機順序,并演示使用8通道示波器的部分實例。


傳統4通道示波器方法


其中一種方法是采用分模塊方式分析電源系統,即使用多次采集,逐個模塊檢查按時。為比較不同模塊,可以使用其中一條上電軌跡或powerGood/Fail信號作為觸發,可以進行多次捕獲,確定相關于基準信號的啟動時間和關機時間。由于是在多個功率周期中進行采集,因此很難表征電源相對按時偏差。但是,通過使用示波器上的無限余輝功能,可以確定多個功率周期上每個電源在不同周期中的變化范圍。


另一種常見方法是級聯多臺示波器,通常方式是在其中一個電源或在共同的powerGood/Fail信號上觸發示波器。


這兩種方法都耗時長,要求特別注意同步:


·處理同步和時間不確定度要謹慎


·可以匯集數據,開發系統按時圖,但耗時很長


·復雜度會隨著觀測的功率軌道數量提高


·設置必須完美統一


·必須使用一條測量通道來供應同步


使用MSO擴展通道數量


混合信號示波器可以為電源排序供應更多的通道。為此,MSO在數字輸入上必須有適當的電壓范圍,并可獨立調節閾值。例如,帶有MSO選項的泰克MDO4000C供應了16個數字輸入,為每條通道供應獨立閾值,直到200MHz支持±30Vp-p動態范圍,適合典型設計中的大多數電壓電平。注意假如您的目標是嚴格地測量按時關系,那么特別適合這種方法,但不能測量開機/關機的上升/下降時間或形狀(單調性)。


8通道示波器加快處理速度


與前面所有方法相比,使用具有8條模擬通道的示波器可以明顯縮短時間,減少混亂。在8通道示波器中,可以使用模擬探頭表征擁有最多8條電源排線。為測量擁有8條以上電源排線開機和關機按時關系,也可以使用擁有數字信號輸入及獨立可調閾值的混合信號示波器。


現在,讓我們看一些典型的電源測序應用。


帶遠程開/關的開機延遲


下面截圖中被測的開關電源生成了一個高電流、穩壓的12VDC輸出。這個電源通過儀器前面板上的開關進行遠程遙控。在開關按下后不久,+5V待機電源打開,開關轉換器啟動。在+12V輸出穩定后,powerGood(pWOK)信號變為高電平,向負載表明供電可靠。


+5V待機電壓信號為相關信號采集供應一個簡單的上升沿觸發。自動測量功能檢驗輸出電壓啟動延遲是否為100ms,從輸出電壓啟動到pWOK的延遲位于100–500ms的規范范圍內。


這個截圖顯示在按下前面板開關后測量AC/DC開關電源啟動情況。


帶遠程開/關的關機延遲


在電源主開關關閉后,開關轉換器關閉,輸出電壓降低。根據規范,在開關按下后電源至少要保持穩壓20ms。最重要的是,根據規范,+12V輸出電壓落到穩壓范圍之外前,pWOK信號要下降5–7ms,從而允許負載時間反應和干凈地關機。


如下圖所示,pWOK信號為采集相關信號供應了一個下降沿觸發。波形光標測量檢驗pWOK預警信號的工作方式滿足規范。


可以使用波形光標測量,檢驗pWOK預警信號的工作方式滿足規范。


檢驗多個功率周期中的按時


為檢驗電源開機按時在多個功率周期中一直位于規范范圍內,可以使用無限余輝,顯示信號按時變化,自動按時測量統計畫面會量化偏差。在下面所示的設置中,+5V待機電壓的50%點作為按時基準。開機序列重復10次,10次開機周期中的按時偏差略高于1%。


可以使用無限余輝和測量統計,實現重復的開機按時測量。


負載點穩壓電源按時


下面的截圖顯示了一塊系統電路板在開機過程中7個負載點供電的開啟時間。電路板的輸入電源是上例中的+5V待機信號和+12VDC整體電壓。


這一測試中的自動開機延遲測量在每個波形自動計算出的50%點之間進行,因此每項測量有不同的配置,有不同的測量閾值集。第一項測量顯示了從+5V待機信號到整體+12V供電之間的延遲,第二項測量是+5V供電的延遲。其余測量是市電+5V供電的關鍵延遲序列。


這一測量顯示了7個穩壓電源的開機按時。


穩壓電源的關機按時


這一測試中的自動關機延遲測量在低于標稱值5%的每個波形點之間進行。與以前基于百分比的測量閾值不同,每項測量都有一個絕對電壓閾值。在電源關斷時,powerGood信號下降。如下面的截圖所示,部分電源負載更重,關機更快。


從圖中可以看出,部分電源負載更重,關機更快。


8個以上軌道的開機按時


自動時延測量基于信號越過各自閾值電壓的時間。由于每個自動測量配置都會包括唯一的閾值(一般是信號幅度的50%),每條數字通道可能會有唯一的閾值(一般也設置成電源電壓的50%),因此混合信號示波器可以進行下面所示的電源時延測量,直到可用的數字輸入數。根據MSO型號,通道數量可以在8~64之間。


這顯示了使用數字通道檢驗8個以上穩壓電源的開機按時。


電源上升時間測量


除電源排序外,必須控制電源的上升時間,滿足系統中部分關鍵元件的規范。自動上升時間和下降時間測量也是基于電壓基準點進行的,在默認情況下,會自動計算電壓基準點為每條通道信號幅度的10%和90%。在下面顯示的簡單實例中,顯示畫面右側的結果框中顯示了正極供電的上升時間和負極供電的下降時間。


截圖顯示,畫面右側的結果框中顯示了上升時間和下降時間測量。


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