在FPGA系統(tǒng)中電源紋波調(diào)試全紀(jì)實(shí)

在某FPGA系統(tǒng)中，對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，在同樣的測(cè)試條件下，發(fā)現(xiàn)其中有一塊板相對(duì)其它的板功耗總偏大，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行調(diào)試分析。

在該系統(tǒng)中，輸入電壓為DC12V，輸出電壓有：5V、3.3V、2.5V和1.2V，綜合考慮電源紋波和轉(zhuǎn)換效率，在該系統(tǒng)中采用了DC-DC和LDO，：

該DC-DC為雙路輸出(5V和3.3V)。這里，功率電感的大小選擇為10uH。以下是對(duì)各輸出電壓所進(jìn)行的紋波測(cè)試，波形如下：

由以上可以看出，各電壓的紋波相當(dāng)大，再次測(cè)試5V一側(cè)的斬波波形。

中可以看出，該斬波波形是較差的。在FPGA系統(tǒng)中則會(huì)表現(xiàn)為：整個(gè)系統(tǒng)電流偏大，進(jìn)而影響功耗偏大。

因此，這里重點(diǎn)考慮DC-DC外圍元件的參數(shù)選擇不合理。首先從功率電感入手，將其由10uH加大到15uH，再次進(jìn)行測(cè)試。更換功率電感后的斬波波形如下，得到了較大改善。

電源紋波是指在交流電源中，由于電源本身的特性以及負(fù)載的影響，電源輸出的直流電中所包含的交流成分。電源紋波會(huì)對(duì)電子設(shè)備的正常工作產(chǎn)生影響，因此需要進(jìn)行測(cè)試和分析。普源示波器是一種常用的測(cè)試設(shè)備，用于測(cè)量和分析電源紋波。本教程將介紹如何使用普源示波器進(jìn)行電源紋波測(cè)試。

一、準(zhǔn)備工作：

確保普源示波器和被測(cè)電源處于關(guān)閉狀態(tài)。

將被測(cè)電源與普源示波器連接。通常，被測(cè)電源的正極與示波器的通道1連接，負(fù)極與示波器的地線連接。

確保示波器的通道1選擇了合適的耦合方式，通常選擇AC耦合。

二、設(shè)置示波器參數(shù)：

打開示波器電源，等待示波器啟動(dòng)完畢。

調(diào)整示波器的水平和垂直縮放，使得波形完整可見。

選擇合適的時(shí)間基準(zhǔn)，一般選擇10ms/div或者100ms/div。

調(diào)整示波器的觸發(fā)模式，通常選擇自動(dòng)觸發(fā)。

三、進(jìn)行電源紋波測(cè)試：

打開被測(cè)電源，使其工作。

在示波器屏幕上觀察到電源輸出的波形。通常，電源紋波會(huì)表現(xiàn)為直流電上的小幅度交流波動(dòng)。

根據(jù)觀察到的波形特征，調(diào)整示波器的垂直縮放和時(shí)間基準(zhǔn)，以便更清楚地觀察到紋波。

使用示波器的光標(biāo)功能，測(cè)量紋波的幅度和周期。紋波的幅度表示紋波的大小，紋波的周期表示紋波的重復(fù)頻率。

如果需要更詳細(xì)的分析，可以使用示波器的數(shù)學(xué)功能，對(duì)波形進(jìn)行FFT變換，得到紋波的頻譜分布。

四、分析和評(píng)估：

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，評(píng)估電源紋波的嚴(yán)重程度。一般來說，紋波幅度越小，紋波周期越大，電源質(zhì)量越好。

比較被測(cè)電源的紋波與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，判斷其是否符合要求。不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電源紋波的要求不同，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行評(píng)估。

通過本教程，我們了解了如何使用普源示波器進(jìn)行電源紋波測(cè)試。電源紋波是電子設(shè)備正常工作的重要指標(biāo)，通過測(cè)試和分析可以評(píng)估電源的質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體要求選擇合適的設(shè)備和參數(shù)，以便獲得準(zhǔn)確可靠的測(cè)試結(jié)果。

更換L前各電壓的紋波分別為：126mV，65.6mV，49.6mV，39.2mV;

更換L后各電壓的紋波又分別為：32mV，16.8mV，5.6mV，4.8mV。

從以上可以看出，各電壓紋波對(duì)得到了較大的改善。繼續(xù)對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)，加大去耦電容，經(jīng)測(cè)試，紋波再一次得到了減小，不過作用并不是太明顯。

分析：若DC-DC的紋波較大，則會(huì)直接影響其轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而造成一些不必要的能量浪費(fèi)，使整個(gè)系統(tǒng)的功耗偏大。

紋波偏大的影響：

紋波過大會(huì)引起系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，發(fā)熱量偏高等。長(zhǎng)期的工作不穩(wěn)定還可能造成芯片功能下降或損壞

總 結(jié)：功率電感對(duì)于DC-DC的影響是極大的，在實(shí)際的DC-DC電源調(diào)試過程中，如果發(fā)現(xiàn)輸出紋波較大，可以先測(cè)試一下其斬波波形，并首先嘗試改變一下功 率電感的參數(shù)(應(yīng)盡量滿足芯片手冊(cè)給出的要求)，增大電源濾波電容等;紋波大還有可能是PCB走線不合理造成，所以在PCB的設(shè)計(jì)過程中也要引起重視(一 般在芯片手冊(cè)中都有Layout指導(dǎo)，可參考)。