8通道示波器讓電源排序檢驗變得更輕松

大多數嵌入式系統使用不止一根電源排線(xiàn)，許多使用4根或更多。單個(gè)IC，例如FPGA、DSP或微控制器，可能具有特定的時(shí)序要求。例如，一家芯片制造商可能推薦要在內核電壓供電穩定之后，才會(huì )施加I/O供電電壓。另一家制造商可能要求應在相對的規定時(shí)間內供電，以避免各個(gè)供電引腳上電壓差拖長(cháng)。處理器和外部存儲器之間上電順序可能也非常關(guān)鍵。

芯片制造商可能會(huì )規定特定電源必須以單順序方式啟動(dòng)，以避免多個(gè)上電復位。這可能極具挑戰性，因為涌入電流可能會(huì )對負載點(diǎn)穩壓器提出很高的瞬態(tài)要求。在這種情況下，電源線(xiàn)啟動(dòng)形狀與定時(shí)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(gè)負載點(diǎn)穩壓器組合在一起，您會(huì )很快遇到七八根電源線(xiàn)。

使用4通道示波器檢驗嵌入式系統中的電源線(xiàn)定時(shí)可能會(huì )非常耗時(shí)，但這是大多數工程師必須要做的事。在我們與示波器用戶(hù)溝通時(shí)，評估開(kāi)機順序和關(guān)機順序是工程師想要4條以上通道的最常見(jiàn)的原因之一。在本文中，我們將簡(jiǎn)要介紹使用4通道示波器評估開(kāi)機順序和關(guān)機順序，并演示使用8通道示波器的部分實(shí)例。

傳統 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，即使用多次采集，逐個(gè)模塊檢查定時(shí)。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(jìn)行多次捕獲，確定相對于基準信號的啟動(dòng)時(shí)間和關(guān)機時(shí)間。由于是在多個(gè)功率周期中進(jìn)行采集，因此很難表征電源相對定時(shí)偏差。但是，通過(guò)使用示波器上的無(wú)限余輝功能，可以確定多個(gè)功率周期上每個(gè)電源在不同周期中的變化范圍。

另一種常見(jiàn)方法是“級聯(lián)”多臺示波器，通常方式是在其中一個(gè)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(shí)長(cháng)，要求特別注意同步：

· 處理同步和時(shí)間不確定度要謹慎

· 可以匯集數據，開(kāi)發(fā)系統定時(shí)圖，但耗時(shí)很長(cháng)

· 復雜度會(huì )隨著(zhù)觀(guān)測的功率軌道數量提高

· 設置必須完美統一

· 必須使用一條測量通道來(lái)提供同步

使用MSO擴展通道數量

混合信號示波器可以為電源排序提供更多的通道。為此，MSO在數字輸入上必須有適當的電壓范圍，并可獨立調節閾值。例如，帶有MSO選項的泰克MDO4000C提供了16個(gè)數字輸入，為每條通道提供獨立閾值，直到200 MHz支持± 30 Vp-p動(dòng)態(tài)范圍，適合典型設計中的大多數電壓電平。注意如果您的目標是嚴格地測量定時(shí)關(guān)系，那么特別適合這種方法，但不能測量開(kāi)機/關(guān)機的上升/下降時(shí)間或形狀(單調性)。

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(shí)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(xiàn)。為測量擁有8條以上電源排線(xiàn)開(kāi)機和關(guān)機定時(shí)關(guān)系，也可以使用擁有數字信號輸入及獨立可調閾值的混合信號示波器。

現在，讓我們看一些典型的電源測序應用。

帶遠程開(kāi)/關(guān)的開(kāi)機延遲

下面截圖中被測的開(kāi)關(guān)電源生成了一個(gè)高電流、穩壓的12 VDC輸出。這個(gè)電源通過(guò)儀器前面板上的開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠程遙控。在開(kāi)關(guān)按下后不久，+5 V待機電源打開(kāi)，開(kāi)關(guān)轉換器啟動(dòng)。在+12 V輸出穩定后，Power Good (PW OK)信號變?yōu)楦唠娖?，向負載表明供電可靠。

+5 V待機電壓信號為相關(guān)信號采集提供一個(gè)簡(jiǎn)單的上升沿觸發(fā)。自動(dòng)測量功能檢驗輸出電壓?jiǎn)?dòng)延遲是否為100 ms，從輸出電壓?jiǎn)?dòng)到PW OK的延遲位于100 – 500 ms的規范范圍內。

這個(gè)截圖顯示在按下前面板開(kāi)關(guān)后測量AC/DC開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)情況。

帶遠程開(kāi)/關(guān)的關(guān)機延遲

在電源主開(kāi)關(guān)關(guān)閉后，開(kāi)關(guān)轉換器關(guān)閉，輸出電壓降低。根據規范，在開(kāi)關(guān)按下后電源至少要保持穩壓20 ms。最重要的是，根據規范，+12 V輸出電壓落到穩壓范圍之外前，PW OK信號要下降5 – 7 ms，從而允許負載時(shí)間反應和干凈地關(guān)機。

如下圖所示，PW OK信號為采集相關(guān)信號提供了一個(gè)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(mǎn)足規范。

可以使用波形光標測量，檢驗PW OK預警信號的工作方式滿(mǎn)足規范。

檢驗多個(gè)功率周期中的定時(shí)

為檢驗電源開(kāi)機定時(shí)在多個(gè)功率周期中一直位于規范范圍內，可以使用無(wú)限余輝，顯示信號定時(shí)變化，自動(dòng)定時(shí)測量統計畫(huà)面會(huì )量化偏差。在下面所示的設置中，+5V待機電壓的50%點(diǎn)作為定時(shí)基準。開(kāi)機序列重復10次，10次開(kāi)機周期中的定時(shí)偏差略高于1%。

可以使用無(wú)限余輝和測量統計，實(shí)現重復的開(kāi)機定時(shí)測量。

負載點(diǎn)穩壓電源定時(shí)

下面的截圖顯示了一塊系統電路板在開(kāi)機過(guò)程中7個(gè)負載點(diǎn)供電的開(kāi)啟時(shí)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(dòng)開(kāi)機延遲測量在每個(gè)波形自動(dòng)計算出的50%點(diǎn)之間進(jìn)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(guān)鍵延遲序列。

這一測量顯示了7個(gè)穩壓電源的開(kāi)機定時(shí)。

穩壓電源的關(guān)機定時(shí)

這一測試中的自動(dòng)關(guān)機延遲測量在低于標稱(chēng)值5%的每個(gè)波形點(diǎn)之間進(jìn)行。與以前基于百分比的測量閾值不同，每項測量都有一個(gè)絕對電壓閾值。在電源關(guān)斷時(shí)，Power Good信號下降。如下面的截圖所示，部分電源負載更重，關(guān)機更快。

從圖中可以看出，部分電源負載更重，關(guān)機更快。

8個(gè)以上軌道的開(kāi)機定時(shí)

自動(dòng)時(shí)延測量基于信號越過(guò)各自閾值電壓的時(shí)間。由于每個(gè)自動(dòng)測量配置都會(huì )包括唯一的閾值(一般是信號幅度的50%)，每條數字通道可能會(huì )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(jìn)行下面所示的電源時(shí)延測量，直到可用的數字輸入數。根據MSO型號，通道數量可以在8~64之間。

這顯示了使用數字通道檢驗8個(gè)以上穩壓電源的開(kāi)機定時(shí)。

電源上升時(shí)間測量

除電源排序外，必須控制電源的上升時(shí)間，滿(mǎn)足系統中部分關(guān)鍵元件的規范。自動(dòng)上升時(shí)間和下降時(shí)間測量也是基于電壓基準點(diǎn)進(jìn)行的，在默認情況下，會(huì )自動(dòng)計算電壓基準點(diǎn)為每條通道信號幅度的10%和90%。在下面顯示的簡(jiǎn)單實(shí)例中，顯示畫(huà)面右側的結果框中顯示了正極供電的上升時(shí)間和負極供電的下降時(shí)間。

截圖顯示，畫(huà)面右側的結果框中顯示了上升時(shí)間和下降時(shí)間測量。