8通道示波器讓電源排序檢驗(yàn)變得更輕松

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(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(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(yīng)在相對的規(guī)定時(shí)間內(nèi)供電，以避免各個(gè)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(guān)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(gè)上電復(fù)位。這可能極具挑戰(zhàn)性，因?yàn)橛咳腚娏骺赡軙ω?fù)載點(diǎn)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(shí)順序一樣重要。

一旦把各種芯片供電要求、整體供電、基準(zhǔn)供電及其他IC多個(gè)負(fù)載點(diǎn)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(yàn)嵌入式系統(tǒng)中的電源線定時(shí)可能會非常耗時(shí)，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(shí)，評估開機(jī)順序和關(guān)機(jī)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(jī)順序和關(guān)機(jī)順序，并演示使用8通道示波器的部分實(shí)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(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(zhǔn)信號的啟動時(shí)間和關(guān)機(jī)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，通過使用示波器上的無限余輝功能，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，要求特別注意同步：

· 處理同步和時(shí)間不確定度要謹(jǐn)慎

· 可以匯集數(shù)據(jù)，開發(fā)系統(tǒng)定時(shí)圖，但耗時(shí)很長

· 復(fù)雜度會隨著觀測的功率軌道數(shù)量提高

· 設(shè)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(kuò)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(dāng)?shù)碾妷悍秶?，并可?dú)立調(diào)節(jié)閾值。例如，帶有MSO選項(xiàng)的泰克MDO4000C提供了16個(gè)數(shù)字輸入，為每條通道提供獨(dú)立閾值，直到200 MHz支持± 30 Vp-p動態(tài)范圍，適合典型設(shè)計(jì)中的大多數(shù)電壓電平。注意如果您的目標(biāo)是嚴(yán)格地測量定時(shí)關(guān)系，那么特別適合這種方法，但不能測量開機(jī)/關(guān)機(jī)的上升/下降時(shí)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(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。為測量擁有8條以上電源排線開機(jī)和關(guān)機(jī)定時(shí)關(guān)系，也可以使用擁有數(shù)字信號輸入及獨(dú)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(yīng)用。

帶遠(yuǎn)程開/關(guān)的開機(jī)延遲

下面截圖中被測的開關(guān)電源生成了一個(gè)高電流、穩(wěn)壓的12 VDC輸出。這個(gè)電源通過儀器前面板上的開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。在開關(guān)按下后不久，+5 V待機(jī)電源打開，開關(guān)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?fù)載表明供電可靠。

+5 V待機(jī)電壓信號為相關(guān)信號采集提供一個(gè)簡單的上升沿觸發(fā)。自動測量功能檢驗(yàn)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(gè)截圖顯示在按下前面板開關(guān)后測量AC/DC開關(guān)電源啟動情況。

帶遠(yuǎn)程開/關(guān)的關(guān)機(jī)延遲

在電源主開關(guān)關(guān)閉后，開關(guān)轉(zhuǎn)換器關(guān)閉，輸出電壓降低。根據(jù)規(guī)范，在開關(guān)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(fù)載時(shí)間反應(yīng)和干凈地關(guān)機(jī)。

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(biāo)測量檢驗(yàn)PW OK預(yù)警信號的工作方式滿足規(guī)范。

可以使用波形光標(biāo)測量，檢驗(yàn)PW OK預(yù)警信號的工作方式滿足規(guī)范。

檢驗(yàn)多個(gè)功率周期中的定時(shí)

為檢驗(yàn)電源開機(jī)定時(shí)在多個(gè)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(shí)變化，自動定時(shí)測量統(tǒng)計(jì)畫面會量化偏差。在下面所示的設(shè)置中，+5V待機(jī)電壓的50%點(diǎn)作為定時(shí)基準(zhǔn)。開機(jī)序列重復(fù)10次，10次開機(jī)周期中的定時(shí)偏差略高于1%。

可以使用無限余輝和測量統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)的開機(jī)定時(shí)測量。

負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓電源定時(shí)

下面的截圖顯示了一塊系統(tǒng)電路板在開機(jī)過程中7個(gè)負(fù)載點(diǎn)供電的開啟時(shí)間。電路板的輸入電源是上例中的+5V待機(jī)信號和+12 VDC整體電壓。

這一測試中的自動開機(jī)延遲測量在每個(gè)波形自動計(jì)算出的50%點(diǎn)之間進(jìn)行，因此每項(xiàng)測量有不同的配置，有不同的測量閾值集。第一項(xiàng)測量顯示了從+5 V待機(jī)信號到整體+12 V供電之間的延遲，第二項(xiàng)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(wěn)壓電源的開機(jī)定時(shí)。

穩(wěn)壓電源的關(guān)機(jī)定時(shí)

這一測試中的自動關(guān)機(jī)延遲測量在低于標(biāo)稱值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(xiàng)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(fù)載更重，關(guān)機(jī)更快。

從圖中可以看出，部分電源負(fù)載更重，關(guān)機(jī)更快。

8個(gè)以上軌道的開機(jī)定時(shí)

自動時(shí)延測量基于信號越過各自閾值電壓的時(shí)間。由于每個(gè)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(shè)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(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(yàn)8個(gè)以上穩(wěn)壓電源的開機(jī)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，滿足系統(tǒng)中部分關(guān)鍵元件的規(guī)范。自動上升時(shí)間和下降時(shí)間測量也是基于電壓基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行的，在默認(rèn)情況下，會自動計(jì)算電壓基準(zhǔn)點(diǎn)為每條通道信號幅度的10%和90%。在下面顯示的簡單實(shí)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(shí)間和負(fù)極供電的下降時(shí)間。

截圖顯示，畫面右側(cè)的結(jié)果框中顯示了上升時(shí)間和下降時(shí)間測量。