作者:德州儀器 (TI) 系統工程師John Rice和Picotest執行總監Steve Sandler
引言
在理論上,電源抑制比(PSRR)測量相對簡單。變頻信號對電源輸入進行調制,然后在輸出端測量該信號的衰減情況。但是,這種測量對裝置噪聲高度敏感,包括來自探測環路區域和印刷電路板(PCB)布局的噪聲。本文利用高保真信號注入器和高敏感/選擇性矢量網絡分析器(VNA),對限制PSRR測量的一些常見裝置問題進行探討,并介紹一種克服這些問題的方法。
輸入信號調制
調制輸入至穩壓器的最簡單方法是使用線路注入器,例如:Picotest J2120A等。這種器件可適應50V輸入電壓和5A輸入電流。與VNA結合使用時,J2120A直接對輸入電壓進行調制,而VNA則測量輸入/輸出衰減。這種方法的缺點是,需要中斷輸入線路,并需要適應注入器的壓降。對于實驗室測試而言,這些缺點一般并不是問題,但是當在電路內進行測量時它們會成為棘手的問題。
對輸入進行調制的一種替代方法是,使用一個低頻DC阻斷器,通過電容方式把VNA連接至受測器件,例如:J2130A DC偏置注入器。輸入端信號的量級受到VNA 50?電源阻抗的限制,但該信號一般較大,足以讓VNA測量到。這種方法不要求中斷輸入連接,因此可在電路中進行,無需給受調制的電壓總線添加任何DC負載。
校準
在進行PSRR測量以前,進行校正非常重要,以查看是否存在探測變化。另外,測量裝置的噪聲底限以確定測量限制,這一點也很重要。圖1中的照片顯示了這種用于校準的測試電路板裝置。黑白線為J2120A線路注入器的輸入。右邊的紅和黑色夾子,連接至一個J2111A電流注入器(起到一個25mA負載的作用)。兩個探針連接至公共輸出接地,兩個探針尖均連接至同一個輸入,這樣它們便有相同的調制信號。之后,對VNA執行THRU校準,以對探針或者線纜相關缺陷進行校正。在相關頻帶,應能在VNA看到一個扁平的增益響應。
圖1 THRU校準測試電路板裝置
噪聲底限評估
探針校準完成以后,通過讓輸出檢測探針短路至接地連接評估噪聲底限(圖2)。由該測量,我們可以清楚地看到,就今天大多數穩壓器的PSRR而言,這種噪聲底限太高了,并且要求使用更好的裝置來探明實際PSRR。總之,如PSRR等高保真測量,必需使用仔細端接的連接點,并且探針環路面積最小。實際上,圖2所示低保真測量,大多都是由示波器探針接地線夾所形成線環路內的噪聲產生。
在下一個測量裝置中(如圖3所示),使用50?同軸線代替輸出示波探針,一個SMA適配器直接焊接至輸出電容器。線纜通過一個J2130A DC阻斷器和J2102A共模變壓器連接至VNA。在輸出接地探針短路,以對噪聲底限進行評估。由圖3,我們可以清楚地知道,1kHz時噪聲底限改善超過90dB。但是,德州儀器(TI)擁有最為安靜的電源穩壓器,在1MHz以上可提供較好的PSRR,因此這種噪聲底限仍然不可接受。
圖2 使用示波器探針裝置的噪聲底限測量
圖3 使用50 ?同軸線纜替代輸出示波器探針以后的噪聲底限測量
接下來,使用直接焊接至輸入電容器的50?同軸線纜來替代輸入端示波探針(圖4)。完整的裝置(兩條50?同軸線纜和J2102A、J2130A、J2120A以及J2111A)和噪聲底限/PSRR測量顯示在圖5中。該裝置擁有低得多的噪聲底限,幫助PSRR測量達到1MHz,并實現90dB的低頻PSRR。30kHz附近的PSRR諧振,可能是PCB布局或者組件寄生相互作用的結果。
圖4 50 ?同軸線纜代替輸入示波器探針
圖5 完整裝置和噪聲底限/PSRR測量
為了說明優秀裝置的重要性,圖6顯示了精心設計的穩壓器、PCB布局和裝置的PSRR。這種測量表明,利用精心設計的裝置和正確的測量設備,是可以獲得極低噪聲底限的,從而實現高精確的PSRR測量。最后,為了驗證上述注入方法,使用一個J2120A線路注入器(方法1)和一個J2130A DC偏置注入器(方法2),對TI的LM317可調穩壓器的PSRR進行了測量。圖7顯示了近乎完美的重疊圖,其意味著在兩種注入方法之間進行了非常好的校正。
圖6 優化以后的高保真PSRR和噪聲底限測量
圖7 使用J2120A和J2130A測量LM317的PSRR
結論
本文表明,盡管PSRR測量在概念上很簡單,但要想獲得精確的測量結果,裝置的好壞極為重要。另外,我們還介紹了降低噪聲底限的方法。
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