Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Techniki dokładnego pomiaru PSRR

ghost666 20 Sty 2014 21:33 2667 0
  • Wstęp

    W teorii pomiar PSRR (ang. power suply rejection rate) czyli tak zwanego współczynnika tłumienia wpływu zasilania jest dosyć prosty. PSRR definiuje się jako stosunek zmiany napięcia zasilania do wywołanej przezeń zmiany napięcia wyjściowego. Typowo współczynnik ten wyraża się w decybelach. Pomiar PSRR przeprowadza się modulując napięcie zasilania zmienną częstotliwością mierząc jednocześnie na wyjściu sygnał o zadane częstotliwości która moduluje napięcie zasilania w danym momencie. Jednakże tego typu pomiar jest niezwykle czuły na szumy pochodzące z układu, wliczając w to szumy wygenerowane przez sondy pomiarowe użyte do podłączenia układu do aparatury a także szumy wynikające z projektu płytki drukowanej. W poniższym artykule opisane są typowe problemy napotykane podczas tego typu pomiarów oraz podstawowe metody z których skorzystać można w celu optymalizacji stanowiska pomiarowego i poprawnego zbadania parametru PSRR. W tym celu wykorzystuje się wysokiej jakości układy 'wstrzykujące' zakłócenie w linię zasilającą oraz bardzo czułe i wysoce selektywne analizatory wektorowe (VNA).

    Modulacja sygnału wejściowego

    Najprostszą metodą modulacji sygnału wejściowego jest wykorzystanie iniektora liniowego, takiego jak na przykład J2120A firmy Picotest (Link). Układ ten pozwala na pracę z napięciem do 50 V i przenosi prąd do 5 A. Możliwe jest bezpośrednie sprzęgnięcie tego układu z analizatorem wektorowym, dzięki czemu układ ten moduluje napięcie zasilania a VNA mierzy tłumienie tego sygnału przed i za badanym układem elektronicznym. Oczywiście rozwiązanie to posiada szereg wad. Po pierwsze konieczne jest przerwanie ciągłości linii zasilających po to aby wpiąć tam opisywany iniektor a po drugie konieczne jest zapewnienie pewnego spadku napięcia na nim, który to konieczny jest do jego poprawnego działania. Wady te nie są w zasadzie problematyczne w przypadku testowaniu układów elektronicznych w laboratorium jednakże mogą być dosyć istotne w przypadku próby aplikacji tego rodzaju pomiaru na skalę przemysłową.

    Drugą metodą, pozwalającą na wprowadzenie modulacji napięcia wejściowego jest pojemnościowe sprzęgnięcie analizatora wektorowego z badanym urządzeniem na przykład wykorzystując iniektor DC J2130A (Link). W takim przypadku amplituda sygnału modulującego ograniczona jest impedancją źródła modulacji w analizatorze wektorowym która wynosi zazwyczaj 50 Ω, jednakże mimo tego sygnał jest zazwyczaj mierzalny w zadowalający sposób. Ta metoda nie wymaga rozłączania linii zasilających badany układ i może być aplikowana bez dodawania obciążenia DC do modulowanej szyny zasilającej.

    Kalibracja

    Przed przystąpieniem do pomiaru parametru PSRR konieczne jest przeprowadzenie kalibracji, co pozwala na korekcję danych pomiarowych względem wszystkich parametrów, które mogą ulec zmianie. Niezwykle istotnym jest zmierzenie poziomu szumów w układzie (ang. noise floor) gdyż to on definiuje nam ograniczenia pomiaru. Zdjęcie poniżej pokazuje płytkę wraz z układem przygotowaną do kalibracji. Czarne przewody służą do podłączenia iniektora liniowego J212A, modulującego napięcie zasilające. Czerwony i czarny klip po prawej stronie płytki drukowanej służą do podłączenia iniektora prądu J2111A, służącego za obciążenie pobierające 25 mA. Dwie sondy oscyloskopowe wpięte w układ podłączone są do wspólnej masy układu. Obie sondy wpięte są w ten sam punkt i służą do obserwacji zmodulowanego sygnału. Kalibracja THRU przeprowadzana jest z wykorzystaniem analizatora wektorowego w celu wyeliminowania z układu wszystkich niedoskonałości wynikłych z użytych do podłączenia sygnałów pomiarowych kabli. W takim przypadku na VNA powinniśmy widzieć płaską linię na charakterystyce w całym zakresie mierzonych częstotliwości.





    Techniki dokładnego pomiaru PSRR


    Ocena poziomu szumów

    Po ukończeniu kalibracji użytych sond możliwy jest pomiar poziomu szumów układu. Realizuje się to poprzez zwarcie kabli sondujących wyjście do masy, co pokazane jest na poniższym zdjęciu. Jak wynika z załączonego poniżej wykresu poziom szumów w układzie pomiarowym jest o wiele większy niż PSRR nowoczesnych stabilizatorów i konieczne jest wykorzystanie lepszego układu pomiarowego, aby móc zmierzyć PSRR badanego urządzenia.

    Techniki dokładnego pomiaru PSRR


    W ogólności, w przypadku bardzo czułych pomiarów, jakim jest opisywany pomiar parametru PSRR, konieczne jest dokłąde terminowanie połączeń z minimalizacja pętli tworzonej przez sondy pomiarowe. Zasadniczo wynik pomiaru pokazany powyżej wynika w większości z szumu zaindukowanego przez pętlę tworzącą się z klipsów podłączających do masy użyte sondy oscyloskopowe.

    W kolejnym układzie pomiarowym, który pokazany jest poniżej, jedna z sond oscyloskopowych, służąca do opomiarowania sygnału wyjściowego, zastąpiana została 50 Ω gniazdem i kablem koncentrycznym z złączem SMA wlutowanym bezpośrednio w wyjście z kondensatora filtrującego w układzie. Kabel ten podłączony jest do analizatora wektorowego poprzez układ blokujący napięcie stałe J2130A oraz transformator separujący J2102A. W takim układzie zwieramy wyjście układu do masy w celu powtórnej oceny poziomu szumów.

    Techniki dokładnego pomiaru PSRR


    Z załączonego powyżej wykresu wynika iż poziom szumów został zauważalnie obniżony aż do ponad 90 dB dla częstotliwości 1 kHz. Jednakże większość niskoszumnych stabilizatorów produkowanych przez Texas Instruments charakteryzuje się wysokim PSRR aż do 1 MHz konieczne jest dalsze poprawienie układu w celu obniżenia poziomu szumów.

    W kolejnym kroku optymalizacji układu druga sonda oscyloskopowa także zostaje zamieniona na gniazdo koncentryczne o impedancji 50 Ω, które zostaje przylutowane bezpośrednio do kondensatora wejściowego badanego stabilizatora. Układ taki pokazano na poniższym zdjęciu.

    Techniki dokładnego pomiaru PSRR


    Cały układ pomiarowy, składający się z dwóch kabli koncentrycznych o impedancji 50 Ω oraz szeregu urządzeń pomiarowych - J2102A, J2130A, J2120A, and J2111A - pokazany jest, wraz z wynikami pomiarów, na poniższym zdjęciu. Taki układ charakteryzuje się o wiele niższym poziomem szumów umożliwiającym pomiar PSRR aż do 1 MHz z PSRR dla niskich częstotliwości na poziomie 90 dB. Rezonans w widmie PSRR widoczny przy około 30 kHz jest, najpewniej, wynikiem projektu płytki drukowanej lub pasożytniczych wartości elementów dyskretnych.

    Techniki dokładnego pomiaru PSRR


    Aby zilustrować jak istotny jest dobry układ pomiarowy parametr PSRR stabilizatora w dobrze dobranym układzie pomiarowym pokazany jest na poniższym wykresie. Wyniki tego pomiaru pokazują iż w precyzyjnym układzie pomiarowym możliwe jest osiągnięcie o wiele niższego poziomu szumów a w konsekwencji o wiele precyzyjniejszy pomiar parametru PSRR.

    Techniki dokładnego pomiaru PSRR


    Źródła:
    http://www.ti.com/lit/an/slyt547/slyt547.pdf


    Fajne! Ranking DIY
  Szukaj w 5mln produktów