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作者：Dave Pereles，泰克科技公司 大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)使用不止一根電源排線，許多使用4根或更多。單個IC，例如FPGA、DSP或微控制器，可能具有特定的時序要求。例如，一家芯片制造商可能推薦要在內(nèi)核電壓供電穩(wěn)定之后，才會施加I/O供電電壓。另一家制造商可能要求應在相對的規(guī)定時間內(nèi)供電，以避免各個供電引腳上電壓差拖長。處理器和外部存儲器之間上電順序可能也非常關鍵。 芯片制造商可能會規(guī)定特定電源必須以單順序方式啟動，以避免多個上電復位。這可能極具挑戰(zhàn)性，因為涌入電流可能會對負載點穩(wěn)壓器提出很高的瞬態(tài)要求。在這種情況下，電源線啟動形狀與定時順序一樣重要。 一旦把各種芯片供電要求、整體供電、基準供電及其他IC多個負載點穩(wěn)壓器組合在一起，您會很快遇到七八根電源線。 使用4通道示波器檢驗嵌入式系統(tǒng)中的電源線定時可能會非常耗時，但這是大多數(shù)工程師必須要做的事。在我們與示波器用戶溝通時，評估開機順序和關機順序是工程師想要4條以上通道的最常見的原因之一。在本文中，我們將簡要介紹使用4通道示波器評估開機順序和關機順序，并演示使用8通道示波器的部分實例。 傳統(tǒng) 4通道示波器方法 其中一種方法是采用分模塊方式分析電源系統(tǒng)，即使用多次采集，逐個模塊檢查定時。為比較不同模塊，可以使用其中一條上電軌跡或Power Good/Fail信號作為觸發(fā)，可以進行多次捕獲，確定相對于基準信號的啟動時間和關機時間。由于是在多個功率周期中進行采集，因此很難表征電源相對定時偏差。但是，通過使用示波器上的無限余輝功能，可以確定多個功率周期上每個電源在不同周期中的變化范圍。 另一種常見方法是“級聯(lián)”多臺示波器，通常方式是在其中一個電源或在共同的Power Good/Fail信號上觸發(fā)示波器。 這兩種方法都耗時長，要求特別注意同步： • 處理同步和時間不確定度要謹慎 • 可以匯集數(shù)據(jù)，開發(fā)系統(tǒng)定時圖，但耗時很長 • 復雜度會隨著觀測的功率軌道數(shù)量提高 • 設置必須完美統(tǒng)一 • 必須使用一條測量通道來提供同步 使用MSO擴展通道數(shù)量 混合信號示波器可以為電源排序提供更多的通道。為此，MSO在數(shù)字輸入上必須有適當?shù)碾妷悍秶⒖瑟毩⒄{(diào)節(jié)閾值。例如，帶有MSO選項的泰克MDO4000C提供了16個數(shù)字輸入，為每條通道提供獨立閾值，直到200 MHz支持± 30 Vp-p動態(tài)范圍，適合典型設計中的大多數(shù)電壓電平。注意如果您的目標是嚴格地測量定時關系，那么特別適合這種方法，但不能測量開機/關機的上升/下降時間或形狀(單調(diào)性)。 8通道示波器加快處理速度 與前面所有方法相比，使用具有8條模擬通道的示波器可以明顯縮短時間，減少混亂。在8通道示波器中，可以使用模擬探頭表征擁有最多8條電源排線。為測量擁有8條以上電源排線開機和關機定時關系，也可以使用擁有數(shù)字信號輸入及獨立可調(diào)閾值的混合信號示波器。 現(xiàn)在，讓我們看一些典型的電源測序應用。 帶遠程開/關的開機延遲 下面截圖中被測的開關電源生成了一個高電流、穩(wěn)壓的12 VDC輸出。這個電源通過儀器前面板上的開關進行遠程遙控。在開關按下后不久，+5 V待機電源打開，開關轉(zhuǎn)換器啟動。在+12 V輸出穩(wěn)定后，Power Good (PW OK)信號變?yōu)楦唠娖剑蜇撦d表明供電可靠。 +5 V待機電壓信號為相關信號采集提供一個簡單的上升沿觸發(fā)。自動測量功能檢驗輸出電壓啟動延遲是否為<100 ms，從輸出電壓啟動到PW OK的延遲位于100 – 500 ms的規(guī)范范圍內(nèi)。 
這個截圖顯示在按下前面板開關后測量AC/DC開關電源啟動情況。 帶遠程開/關的關機延遲 在電源主開關關閉后，開關轉(zhuǎn)換器關閉，輸出電壓降低。根據(jù)規(guī)范，在開關按下后電源至少要保持穩(wěn)壓20 ms。最重要的是，根據(jù)規(guī)范，+12 V輸出電壓落到穩(wěn)壓范圍之外前，PW OK信號要下降5 – 7 ms，從而允許負載時間反應和干凈地關機。 如下圖所示，PW OK信號為采集相關信號提供了一個下降沿觸發(fā)。波形光標測量檢驗PW OK預警信號的工作方式滿足規(guī)范。
可以使用波形光標測量，檢驗PW OK預警信號的工作方式滿足規(guī)范。 檢驗多個功率周期中的定時 為檢驗電源開機定時在多個功率周期中一直位于規(guī)范范圍內(nèi)，可以使用無限余輝，顯示信號定時變化，自動定時測量統(tǒng)計畫面會量化偏差。在下面所示的設置中，+5V待機電壓的50%點作為定時基準。開機序列重復10次，10次開機周期中的定時偏差略高于1%。
可以使用無限余輝和測量統(tǒng)計，實現(xiàn)重復的開機定時測量。 負載點穩(wěn)壓電源定時 下面的截圖顯示了一塊系統(tǒng)電路板在開機過程中7個負載點供電的開啟時間。電路板的輸入電源是上例中的+5V待機信號和+12 VDC整體電壓。 這一測試中的自動開機延遲測量在每個波形自動計算出的50%點之間進行，因此每項測量有不同的配置，有不同的測量閾值集。第一項測量顯示了從+5 V待機信號到整體+12 V供電之間的延遲，第二項測量是+5V供電的延遲。其余測量是市電+5 V供電的關鍵延遲序列。
這一測量顯示了7個穩(wěn)壓電源的開機定時。 穩(wěn)壓電源的關機定時 這一測試中的自動關機延遲測量在低于標稱值5%的每個波形點之間進行。與以前基于百分比的測量閾值不同，每項測量都有一個絕對電壓閾值。在電源關斷時，Power Good信號下降。如下面的截圖所示，部分電源負載更重，關機更快。
從圖中可以看出，部分電源負載更重，關機更快。 8個以上軌道的開機定時 自動時延測量基于信號越過各自閾值電壓的時間。由于每個自動測量配置都會包括唯一的閾值(一般是信號幅度的50%)，每條數(shù)字通道可能會有唯一的閾值(一般也設置成電源電壓的50%)，因此混合信號示波器可以進行下面所示的電源時延測量，直到可用的數(shù)字輸入數(shù)。根據(jù)MSO型號，通道數(shù)量可以在8~64之間。
這顯示了使用數(shù)字通道檢驗8個以上穩(wěn)壓電源的開機定時。 電源上升時間測量 除電源排序外，必須控制電源的上升時間，滿足系統(tǒng)中部分關鍵元件的規(guī)范。自動上升時間和下降時間測量也是基于電壓基準點進行的，在默認情況下，會自動計算電壓基準點為每條通道信號幅度的10%和90%。在下面顯示的簡單實例中，顯示畫面右側(cè)的結(jié)果框中顯示了正極供電的上升時間和負極供電的下降時間。
截圖顯示，畫面右側(cè)的結(jié)果框中顯示了上升時間和下降時間測量。 關于作者： Dave Pereles現(xiàn)任泰克科技公司技術(shù)市場經(jīng)理，他在測試測量行業(yè)中工作超過25年，先后擔任各種職位，如應用工程師和產(chǎn)品經(jīng)理。他畢業(yè)于美國康涅狄格州哈特福德市三一學院電氣工程專業(yè)，獲得理學學士學位；后畢業(yè)于西雅圖大學，獲得MBA學位。 |
