1 电源丈量中带宽的挑选
示波器带宽有四个相关名词:模仿带宽、数字带宽,体系带宽和触发带宽。数字带宽等于采样率的一半,有用含义不大。触发带宽是示波器厂商“硬”造出来的一个概念,是指示波器触发电路能够正常作业的最大输入正弦信号的频率。关于高端示波器,触发电路在输入信号频率超越必定巨细就不能作业了! 体系带宽是指示波器前端放大器和探头、测验夹具等组成的丈量体系的带宽。一般不特别阐明,带宽便是指示波器的模仿带宽,也便是示波器前端放大器的幅频特性曲线的截止频率点。示波器的放大器是低通滤波器,其幅频特性曲线如图1所示,带宽便是输入电压幅值降低到输入
-3dB(70.7%)时的截止频率点。
· 当被测信号是串行数据时,串行数据的上升时刻假如大于20% UI(一个比特位的时刻长度),那么示波器带宽只需到达被测信号比特率的1.8倍就能掩盖信号能量的99.9%。 假如上升时刻大于30% UI,只需1.2倍信号的比特率就满足了。实践电路中,串行数据的上升时刻绝大大都在接纳端时都大于30%了。因而,关于3Gbps的SATA信号,在通过夹具之后用4GHz示波器就能够。 咱们能够用4GHz、6GHz、13GHz测验后比较一下看看。
·电源不是串行信号,上面的规矩并不适用。 在好久好久以前,业界一就直撒播的带宽挑选依据是“3到5倍”规律,即带宽是被测信号频率的“3到5倍”。其实这儿边没有着重上升时刻,这个规律不行具有普适性。SI之父Howard Johnson以其个人威望给出一个从示波器上升时刻来挑选带宽的准则,但他没有给出详细的推导。
Howard以为,当示波器上升时刻小于被测信号上升时刻的1/3时,丈量成果的差错小于5%。示波器上升时刻约等于0.35/示波器带宽。 这儿边0.35是依据抱负的低通滤波器模型RC电路推导的,实践或许是0.45,0.5不等。因而,咱们能够依据信号的上升时刻推导出需求的示波器上升时刻,再依据示波器手册或0.35的联系式挑选示波器带宽。
关于带宽的挑选,业界充满着不专业,不负责任的言辞。这是值得警觉的。
让咱们回到问题自身,关于开关电源的带宽挑选,要看详细丈量需求。开关电源需求丈量的信号或许包括:
· 丈量开关管(干流是MOSFET)的带宽挑选
电源调试中,要重复丈量开关管的漏源极电源Vds,驱动电压Vgs,漏源极电流Ids等,以确认上下开关管的死区时刻以避免开关管“直通”导致电源炸机,要丈量驱动信号波形,该波形的上升沿缓慢,开关管损耗会更大,上升沿陡,开关管损耗会更小,但漏源极过冲会更大。 最重要的丈量是保证Vds的电压峰峰值在各种动态条件下不会超个开关管Vds的最大限值。这些动态条件包括负载从空载到满载,满载到空载的跳变; 负载在50%-75%-50%,25%-50%-25%之间的来回接连的跳变,以及开机软启动进程Vds的峰值电压。这些动态条件下精确丈量Vds的影响要素许多,在此不逐个细述。 这个测验项目在电源工程师心中的重要性我深以为然。这个值丈量不精确,或许会导致开关管简单被损坏,或许是开关管的耐压值超越实践需求,影响到本钱。开关管Vds额定值越大,价格越贵。 因而,许多电源工程师纠结在这儿。
开关管的上升时刻取决于开关管详细型号。 一般功率小的电源开关频率能够到达1MHz乃至更大,对应的开关管的上升时刻越小。功率大的电源开关管开关频率小,只需100KHz乃至更小,上升时刻大。可是大都开关管上升时刻到达了100ns。即便开关管上升时刻只需30ns,1/3的上升时刻也有10ns,而100MHz的示波器的上升时刻只需3.5ns。因而,用100MHz带宽示波器丈量开关电源的开关管是满足的。其实,很少有开关管上升时刻只需30ns的,约束带宽到20MHz就满足了。但这点从前遭到有些电源工程师的质疑,他以为关于Vds的高压信号,要看尖封毛刺部分的上升时刻,研究其包括的能量。
这儿要特别阐明的是,丈量开关管特别是半桥或全桥电路的上半桥,由于是不对地的悬浮高压,一般要用高压差分探头丈量。现在高压差分探和电流探头90%以上都是第三方OEM的,最大带宽只需100MHz。尽管标称带宽是100MHz,但往往不是和示波器进行一体化规划、校准的,因而,和100MHz示波器组成的体系带宽只需70MHz。但假如用200MHz示波器,和100MHz的探头组成的体系带宽则能够到达100MHz,假如您以为Vds的尖峰毛刺的信号能量是必须用100MHz丈量的话。
· 丈量电源体系的监控部分电路的带宽挑选
有些杂乱的电源体系,有许多电源模块组成,需求运用DSP或许Power PC来作为操控中心。有一些外设存储单元,键盘监控单元等。这将涉及到时钟信号,CAN操控信号,I2C,SPI等信号的丈量。这些信号的速率除时钟频率外都不高。假如为了丈量DSP时钟信号,最好要挑选500MHz带宽乃至1GHz,但电源工程师很少对这个时钟信号进行认真地丈量。 其它信号带宽都只需20MHz就能够了。