ปัญหาการวัดเสียงรบกวนของแหล่งจ่ายไฟการวัดโดเมนความถี่ออสซิลโลสโคป
ในกระบวนการวิเคราะห์สัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ วิธีการคลาสสิกกว่าคือการใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อสังเกตรูปคลื่นของสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟและวัดแอมพลิจูด เพื่อหาแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ดิจิทัลค่อยๆ ลดลงและกระแสไฟฟ้าค่อยๆ เพิ่มขึ้น การออกแบบแหล่งจ่ายไฟจึงยากขึ้น และจำเป็นต้องใช้วิธีการทดสอบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อประเมินสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ บทความนี้เป็นกรณีของการใช้วิธีการโดเมนความถี่ในการวิเคราะห์สัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ เมื่อไม่สามารถระบุตำแหน่งข้อบกพร่องโดยการสังเกตรูปคลื่นของโดเมนเวลา การแปลงความถี่เวลาจะดำเนินการผ่านวิธี FFT (การแปลงฟูเรียร์แบบเร็ว) และรูปคลื่นสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟของโดเมนเวลาจะถูกแปลงเป็นโดเมนความถี่เพื่อการวิเคราะห์ เมื่อแก้ไขจุดบกพร่องของวงจร การดูลักษณะสัญญาณจากมุมมองของโดเมนเวลาและโดเมนความถี่สามารถเร่งกระบวนการแก้ไขจุดบกพร่องได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ในระหว่างกระบวนการดีบักบอร์ดเดี่ยว พบว่าสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟของเครือข่ายสูงถึง 80mv ซึ่งเกินความต้องการของอุปกรณ์ เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์สามารถทำงานได้อย่างเสถียร จะต้องลดเสียงรบกวนของแหล่งจ่ายไฟลง
ก่อนที่จะแก้ไขข้อผิดพลาดนี้ ให้ทบทวนหลักการของการลดสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ ย่านความถี่ที่แตกต่างกันในเครือข่ายการกระจายพลังงานใช้ส่วนประกอบที่แตกต่างกันในการลดสัญญาณรบกวน ส่วนประกอบการแยกส่วนประกอบด้วยโมดูลควบคุมพลังงาน (VRM) ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน คู่ระนาบกราวด์กำลังไฟฟ้า PCB แพ็คเกจอุปกรณ์และชิป VRM มีชิปจ่ายไฟและความจุเอาต์พุตต่อพ่วง ซึ่งทำงานตั้งแต่ DC ไปจนถึงความถี่ต่ำโดยประมาณ (ประมาณ 100K) แบบจำลองที่เทียบเท่ากันคือแบบจำลองสององค์ประกอบที่ประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำ วิธีที่ดีที่สุดคือใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนกับตัวเก็บประจุหลายขนาดเพื่อให้ครอบคลุมย่านความถี่กลางได้เต็มที่ (ประมาณ 10K ถึง 100M) เนื่องจากการมีอยู่ของการเหนี่ยวนำการเดินสายและความเหนี่ยวนำของแพ็คเกจ แม้ว่าตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนจำนวนมากจะซ้อนกัน แต่ก็ยากที่จะทำงานที่ความถี่สูงกว่า ระนาบกราวด์ของแหล่งจ่ายไฟ PCB ก่อตัวเป็นตัวเก็บประจุแบบเพลทซึ่งมีเอฟเฟกต์การแยกส่วนด้วย ขนาดประมาณสิบเมกะไบต์ บรรจุภัณฑ์ชิปและชิปมีหน้าที่รับผิดชอบในย่านความถี่สูง (มากกว่า 100M) โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์ในปัจจุบันจะเพิ่มตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนให้กับแพ็คเกจ ในขณะนี้ ช่วงการแยกส่วนบน PCB สามารถลดลงเหลือสิบเมกะไบต์หรือหลายเมกะไบต์ได้ ดังนั้น เมื่อโหลดปัจจุบันยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เราเพียงแต่ต้องพิจารณาว่าสัญญาณรบกวนแรงดันไฟฟ้าปรากฏขึ้นในย่านความถี่ใด จากนั้นจึงปรับส่วนประกอบการแยกส่วนที่สอดคล้องกับย่านความถี่นี้ให้เหมาะสม องค์ประกอบแยกส่วนทั้งสองจะทำงานร่วมกันในย่านความถี่ที่อยู่ติดกัน ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงองค์ประกอบแยกส่วนในย่านความถี่ที่อยู่ติดกันด้วยเมื่อวิเคราะห์จุดวิกฤตขององค์ประกอบแยกส่วน
จากประสบการณ์การแก้ไขข้อบกพร่องของแหล่งจ่ายไฟแบบดั้งเดิม ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนบางตัวถูกเพิ่มเข้ากับเครือข่ายเป็นครั้งแรกเพื่อเพิ่มค่าความต้านทานของเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟเพื่อให้แน่ใจว่าความต้านทานของเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟในย่านความถี่กลางสามารถตอบสนองความต้องการของแอปพลิเคชันได้ สถานการณ์ ผลลัพธ์ก็คือการกระเพื่อมลดลงเพียงไม่กี่ mV ซึ่งเป็นการปรับปรุงเพียงเล็กน้อย ผลลัพธ์นี้มีความเป็นไปได้หลายประการ: 1. เสียงอยู่ที่ความถี่ต่ำและไม่อยู่ในช่วงของตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนเหล่านี้; 2. การเพิ่มความจุส่งผลต่อลักษณะลูปของตัวควบคุมกำลัง VRM และการลดอิมพีแดนซ์ที่เกิดจากความจุจะสัมพันธ์กับ VRM การเสื่อมสภาพจะถูกชดเชย เมื่อคำนึงถึงคำถามนี้ เราจึงพิจารณาใช้ฟังก์ชันการวิเคราะห์โดเมนความถี่ของออสซิลโลสโคปเพื่อดูลักษณะสเปกตรัมของสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟและค้นหาแหล่งที่มาของปัญหา
ฟังก์ชันการวิเคราะห์โดเมนความถี่ของออสซิลโลสโคปเกิดขึ้นจากการแปลงฟูริเยร์ สาระสำคัญของการแปลงฟูริเยร์คือลำดับโดเมนเวลาใดๆ สามารถแสดงเป็นการซ้อนทับของสัญญาณคลื่นไซน์ที่มีความถี่ต่างกันได้อย่างไม่สิ้นสุด เราวิเคราะห์ข้อมูลความถี่ แอมพลิจูด และเฟสของคลื่นไซน์เหล่านี้ ซึ่งเป็นวิธีการวิเคราะห์ที่เปลี่ยนสัญญาณโดเมนเวลาเป็นโดเมนความถี่ ลำดับตัวอย่างด้วยออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลนั้นเป็นลำดับที่ไม่ต่อเนื่อง ดังนั้น Fast Fourier Transform (FFT) จึงถูกใช้บ่อยที่สุดในการวิเคราะห์ของเรา อัลกอริธึม FFT ได้รับการปรับให้เหมาะสมจากอัลกอริธึม Discrete Fourier Transform (DFT) จำนวนการคำนวณจะลดลงตามลำดับความสำคัญหลายลำดับความสำคัญ และยิ่งต้องคำนวณคะแนนมากเท่าใด ก็ยิ่งประหยัดในการคำนวณมากขึ้นเท่านั้น
