工程師分享開(kāi)關(guān)電源測試測量經(jīng)驗

　　相位裕量和帶寬 （phase margin and bandwidth）

　　相位裕量和帶寬是很多公司都沒(méi)有測試的項目（尤其是規模較小的公司受限于儀器），但是這卻是個(gè)非常重要的測試項目。電源系統是否穩定，是否能長(cháng)時(shí)間（3年或以上）有效工作，相位裕量和帶寬可以在很大程度上說(shuō)起了決定性的作用。很多公司完全依賴(lài)于電源芯片廠(chǎng)家給的參考設計方案里的推薦值，但是跟你的設計往往有不小的差異，這樣會(huì )有很大的潛在風(fēng)險。

　　如果系統是一個(gè)不穩定的系統，反映在一些電源測試項目里面，會(huì )看到以下幾個(gè)主要問(wèn)題。

　　● 電源的Noise測試通過(guò)，但是電源依然不穩定。表現為功能測試fail。常常有工程師在debug時(shí)說(shuō)我的電源noise已經(jīng)很小了，加了很多電容了，為啥還是跑不動(dòng)呢？其實(shí)是他的閉環(huán)系統本來(lái)就不穩定。

　　● Phase點(diǎn)jitter過(guò)大。這是比較典型的不穩定現象。

　　● 瞬態(tài)響應（Transient response）太大。最笨的辦法就是加很多電容，去滿(mǎn)足瞬態(tài)響應的要求。對于低成本產(chǎn)品，這可是要錢(qián)的啊。

　　如果你沒(méi)有用正確的方法測試出系統的環(huán)路增益的波特圖，那么你如何下手去調試這些項目讓他通過(guò)測試呢？只有來(lái)來(lái)回回不停作實(shí)驗。然后來(lái)來(lái)回回跑功能測試。 Oh， my god， 浩大的工作量。而且，對于一些低成本的產(chǎn)品，往往用到了鋁電解電容，MLCC電容等低成本方案（電感，電阻值基本沒(méi)有變化）。這些電容的容值會(huì )隨著(zhù)時(shí)間變化而減少。如MLCC，系統運行在正常溫度兩年~三年，容值會(huì )變到原來(lái)的一半。而這一半電容的變化，會(huì )對系統的穩定造成很大的影響，這也是為什么很多低價(jià)的產(chǎn)品質(zhì)量不可靠的一個(gè)重要原因。那是不是說(shuō)價(jià)格越高，用越多的電容就越好呢，當然不是。這就是為啥要測試phase margin的原因。你需要調試一組合理的值，能夠同時(shí)覆蓋全電容以及半電容的要求。這樣同樣能做到低價(jià)格高品質(zhì)。

　　根據奈奎斯特定理對系統穩定性要求，規范要求一個(gè)閉環(huán)系統的相位裕量最少為60度，45~60度可以考慮為最低限額要求。對于帶寬，200~500K的開(kāi)關(guān)電源的要求在10%~30%的開(kāi)關(guān)頻率。從開(kāi)關(guān)電源的穩定性看帶寬越低，電源越容易穩定。從開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)指標看，帶寬越高電源的動(dòng)態(tài)性能越好。

　　下圖五為典型的波特圖：

　　另外一點(diǎn)非常重要的是，除了PWM開(kāi)關(guān)電源，有很多線(xiàn)性電源（LDO），其補償網(wǎng)絡(luò )在芯片外部的，也要做類(lèi)似的環(huán)路增益的波特圖測試，從而確保其穩定性。LDO的測試，是絕大多數廠(chǎng)家容易忽略掉的。比如如下圖六所示這種電路，很多人會(huì )直接測量noise完事。

　　我們有可能會(huì )看到的相位裕量不能達到要求。如下圖七，只有30度左右。這個(gè)時(shí)候，只有調試不同的參數，才能得到比較好的結果。從而滿(mǎn)足系統穩定性的要求。

　　電源紋波（ripple）和噪聲（noise）

　　電源紋波和噪聲，看起來(lái)是電源測試里面最簡(jiǎn)單的項目。但是也有可能對你的測試結果和功能有比較大的影響。首先是紋波，我們測試的時(shí)候，只是看是不是符合規范要求，比如30mV等等。有些時(shí)候，紋波和系統的PLL是有關(guān)系的。如果你的PLL jitter不過(guò) ，可以考慮進(jìn)一步減小ripple。噪聲，有人會(huì )問(wèn)，為啥我的系統noise和他的系統noise基本是一個(gè)范圍，但是我的系統會(huì )跑fail呢？首先我們要排除前面講的系統穩定性原因，然后，親，你有沒(méi)有用示波器做過(guò)FFT，看看同樣noise在頻域上的區別呢？