【Spectrum View技術(shù)文章系列】

這是第四篇（應(yīng)用篇之二），介紹Spectrum View在電源網(wǎng)絡(luò)調(diào)試及PLL故障診斷場(chǎng)景的應(yīng)用。

前三篇文章主要介紹了Spectrum View的功能特點(diǎn)、相關(guān)理論知識(shí)，及其在多域聯(lián)合分析上的應(yīng)用，本文將通過(guò)常見的電源網(wǎng)絡(luò)調(diào)試及PLL故障診斷等測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)一步描述Spectrum View的應(yīng)用。

圖1. MSO64采用全新TEK049平臺(tái)和超低噪聲前端TEK061

Spectrum View在電源調(diào)試中的應(yīng)用

作為電子系統(tǒng)的動(dòng)力源泉，電源網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響系統(tǒng)能否正常工作，因此電源測(cè)試及調(diào)試是保證系統(tǒng)正常工作極其重要的一環(huán)。系統(tǒng)中常用的電源種類較多，包括SMPS (AC-DC, DC-DC)及LDO，對(duì)于這些電源，一般除了關(guān)注電壓幅度之外，現(xiàn)在也越來(lái)越多地開始關(guān)注電源紋波信號(hào)，尤其是對(duì)于RF IC及HSS IC的供電。因?yàn)殡娫淳W(wǎng)絡(luò)中的高頻噪聲可能會(huì)串入這些敏感電路，從而造成干擾。

即使電源紋波比較微弱，對(duì)敏感電路帶來(lái)的影響也不可忽略。在電源紋波測(cè)試方面存在兩個(gè)問(wèn)題：(1) 能否測(cè)到微弱的電源紋波？(2) 如何快捷地確定電源噪聲頻率？這兩點(diǎn)都是在紋波測(cè)試時(shí)面臨的挑戰(zhàn)，使用泰克最新平臺(tái)示波器MSO64并借助于極低噪聲、高帶寬電源軌探頭，這些問(wèn)題便迎刃而解。

新平臺(tái)示波器MSO64采用全新TEK049平臺(tái)，不僅實(shí)現(xiàn)了4通道同時(shí)打開時(shí)25GS/s的高采樣率，而且實(shí)現(xiàn)了12-bit高垂直分辨率。同時(shí)，由于采用了新型低噪聲前端放大ASIC TEK061，大大降低了噪聲水平，在1mv/div時(shí)，實(shí)測(cè)的本底噪聲RSM值只有58uV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場(chǎng)同類示波器。這些特性都是MSO64頻譜模式——Spectrum View獲得高動(dòng)態(tài)、低噪底的強(qiáng)有力保證。

MSO64借助于TPR1000/4000電源軌探頭，系統(tǒng)噪聲可以低至300uVpp，極大地提高了微弱信號(hào)測(cè)試能力，這是普通探頭所遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及的。TPR系列探頭的帶寬高達(dá)4GHz，并可提供±60V的offset電壓范圍，非常適合測(cè)試常規(guī)電源的高頻噪聲。此外，TPR探頭還提供了豐富的探測(cè)前端，支持靈活的探測(cè)連接方式，包括點(diǎn)測(cè)、焊接測(cè)試、卡接、插接等方式。

電源紋波測(cè)試時(shí)，可能多數(shù)情況下測(cè)得的紋波并不是正弦波，如圖3所示，紋波的時(shí)域波形比較“亂”，局部放大波形后雖然也能觀察到周期性，但是并不知道紋波的頻率成分。當(dāng)打開Spectrum View后，可以非常清晰地看到電源上噪聲的頻譜，如圖5所示。電源噪聲頻譜中主要包括兩組頻率成分：8kHz及其諧波分量和間距為200Hz的線狀譜。線狀譜主要是由圖3所示的周期為5ms的脈沖所致，而8kHz及其諧波是由于電路板上的時(shí)鐘信號(hào)串?dāng)_所致，這為電路板的故障診斷提供了調(diào)試依據(jù)。

圖2. 泰克可提供高性能電源軌探頭

圖3. 微弱電源紋波測(cè)試波形

圖4. 微弱電源紋波測(cè)試波形(局部放大)

圖5. 電源噪聲波形及頻譜分析

Spectrum View在PLL調(diào)試中的應(yīng)用

憑借優(yōu)異的相噪性能和頻率穩(wěn)定度，基于PLL的頻率綜合器已廣泛應(yīng)用于射頻/uW及HSS電路。在PLL開發(fā)調(diào)試過(guò)程中，為了提高診斷和測(cè)試效率，需要多通道測(cè)試設(shè)備同時(shí)觀測(cè)多路信號(hào)，包括射頻輸出、VCO直流電壓、VCO調(diào)諧電壓等，以便于聯(lián)動(dòng)分析。因?yàn)閂CO供電及調(diào)諧電壓是否穩(wěn)定及純凈將直接影響PLL的性能，甚至導(dǎo)致PLL失鎖。

圖6是一個(gè)頻率工作在約2.4GHz處的PLL實(shí)際輸出的信號(hào)頻譜，此時(shí)PLL處于穩(wěn)定的狀態(tài)。但是，當(dāng)降低RBW后發(fā)現(xiàn)，信號(hào)中存在很多雜散，如圖7所示。圖中同時(shí)打開了三個(gè)通道的spectrum view，Ch.1觀測(cè)射頻信號(hào)頻譜，Ch.2/3分別觀測(cè)調(diào)諧和直流電壓波形的頻譜。

三個(gè)通道頻譜的中心頻率可以設(shè)置不同，Ch1.設(shè)置為2.42GHz，Ch.2/3設(shè)置為20MHz，span均設(shè)置為50MHz。從圖7中可以看出，調(diào)諧和直流電壓的時(shí)域波形并不穩(wěn)定，而是包含了很多雜散頻率成分。對(duì)比三個(gè)通道的頻譜發(fā)現(xiàn)，射頻頻譜上的雜散基本都是由調(diào)諧和直流電壓波形上的雜散直接調(diào)制而來(lái)的。因此，為了提高射頻信號(hào)頻譜純度，需要對(duì)供電和調(diào)諧電壓作濾波處理。

圖6. PLL穩(wěn)定工作時(shí)的頻譜

圖7. 使用Spectrum View分別觀測(cè)PLL射頻及供電/調(diào)諧電壓的頻譜

Spectrum View的時(shí)頻域聯(lián)動(dòng)分析功能，還便于PLL失鎖分析，圖8捕獲了PLL的失鎖狀態(tài)，通過(guò)分析此時(shí)的電壓波形可知，調(diào)諧電壓出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致PLL失鎖，與此同時(shí)，也導(dǎo)致直流電壓波形瞬間異常。除了可以排查失鎖故障，Spectrum View的這種特性也可以用于測(cè)試PLL的穩(wěn)定響應(yīng)時(shí)間。

圖8. 多通道測(cè)試協(xié)助PLL失鎖故障分析

結(jié)論

本文著重介紹了泰克示波器全新頻譜分析功能Spectrum View在電源調(diào)試和PLL故障排查診斷中的應(yīng)用。實(shí)測(cè)表明，Spectrum View的多通道時(shí)頻域聯(lián)動(dòng)分析，非常便于干擾信號(hào)定位以及電路故障排查，為開發(fā)工程師調(diào)試產(chǎn)品提供了重要依據(jù)。

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