使用選擇性矢量網(wǎng)絡(luò)分析器實現(xiàn)電源抑制比的精確測量

作者：德州儀器 （TI） 系統(tǒng)工程師John Rice和Picotest執(zhí)行總監(jiān)Steve Sandler

引言

在理論上，電源抑制比（PSRR）測量相對簡單。變頻信號對電源輸入進(jìn)行調(diào)制，然后在輸出端測量該信號的衰減情況。但是，這種測量對裝置噪聲高度敏感，包括來自探測環(huán)路區(qū)域和印刷電路板（PCB）布局的噪聲。本文利用高保真信號注入器和高敏感/選擇性矢量網(wǎng)絡(luò)分析器（VNA），對限制PSRR測量的一些常見裝置問題進(jìn)行探討，并介紹一種克服這些問題的方法。

輸入信號調(diào)制

調(diào)制輸入至穩(wěn)壓器的最簡單方法是使用線路注入器，例如：Picotest J2120A等。這種器件可適應(yīng)50V輸入電壓和5A輸入電流。與VNA結(jié)合使用時，J2120A直接對輸入電壓進(jìn)行調(diào)制，而VNA則測量輸入/輸出衰減。這種方法的缺點是，需要中斷輸入線路，并需要適應(yīng)注入器的壓降。對于實驗室測試而言，這些缺點一般并不是問題，但是當(dāng)在電路內(nèi)進(jìn)行測量時它們會成為棘手的問題。

對輸入進(jìn)行調(diào)制的一種替代方法是，使用一個低頻DC阻斷器，通過電容方式把VNA連接至受測器件，例如：J2130A DC偏置注入器。輸入端信號的量級受到VNA 50?電源阻抗的限制，但該信號一般較大，足以讓VNA測量到。這種方法不要求中斷輸入連接，因此可在電路中進(jìn)行，無需給受調(diào)制的電壓總線添加任何DC負(fù)載。

校準(zhǔn)

在進(jìn)行PSRR測量以前，進(jìn)行校正非常重要，以查看是否存在探測變化。另外，測量裝置的噪聲底限以確定測量限制，這一點也很重要。圖1中的照片顯示了這種用于校準(zhǔn)的測試電路板裝置。黑白線為J2120A線路注入器的輸入。右邊的紅和黑色夾子，連接至一個J2111A電流注入器（起到一個25mA負(fù)載的作用）。兩個探針連接至公共輸出接地，兩個探針尖均連接至同一個輸入，這樣它們便有相同的調(diào)制信號。之后，對VNA執(zhí)行THRU校準(zhǔn)，以對探針或者線纜相關(guān)缺陷進(jìn)行校正。在相關(guān)頻帶，應(yīng)能在VNA看到一個扁平的增益響應(yīng)。

圖1 THRU校準(zhǔn)測試電路板裝置

噪聲底限評估

探針校準(zhǔn)完成以后，通過讓輸出檢測探針短路至接地連接評估噪聲底限（圖2）。由該測量，我們可以清楚地看到，就今天大多數(shù)穩(wěn)壓器的PSRR而言，這種噪聲底限太高了，并且要求使用更好的裝置來探明實際PSRR?？傊鏟SRR等高保真測量，必需使用仔細(xì)端接的連接點，并且探針環(huán)路面積最小。實際上，圖2所示低保真測量，大多都是由示波器探針接地線夾所形成線環(huán)路內(nèi)的噪聲產(chǎn)生。

在下一個測量裝置中（如圖3所示），使用50?同軸線代替輸出示波探針，一個SMA適配器直接焊接至輸出電容器。線纜通過一個J2130A DC阻斷器和J2102A共模變壓器連接至VNA。在輸出接地探針短路，以對噪聲底限進(jìn)行評估。由圖3，我們可以清楚地知道，1kHz時噪聲底限改善超過90dB。但是，德州儀器（TI）擁有最為安靜的電源穩(wěn)壓器，在1MHz以上可提供較好的PSRR，因此這種噪聲底限仍然不可接受。

圖2 使用示波器探針裝置的噪聲底限測量

圖3 使用50 ?同軸線纜替代輸出示波器探針以后的噪聲底限測量

接下來，使用直接焊接至輸入電容器的50?同軸線纜來替代輸入端示波探針（圖4）。完整的裝置（兩條50?同軸線纜和J2102A、J2130A、J2120A以及J2111A）和噪聲底限/PSRR測量顯示在圖5中。該裝置擁有低得多的噪聲底限，幫助PSRR測量達(dá)到1MHz，并實現(xiàn)90dB的低頻PSRR。30kHz附近的PSRR諧振，可能是PCB布局或者組件寄生相互作用的結(jié)果。

圖4 50 ?同軸線纜代替輸入示波器探針

圖5 完整裝置和噪聲底限/PSRR測量

為了說明優(yōu)秀裝置的重要性，圖6顯示了精心設(shè)計的穩(wěn)壓器、PCB布局和裝置的PSRR。這種測量表明，利用精心設(shè)計的裝置和正確的測量設(shè)備，是可以獲得極低噪聲底限的，從而實現(xiàn)高精確的PSRR測量。最后，為了驗證上述注入方法，使用一個J2120A線路注入器（方法1）和一個J2130A DC偏置注入器（方法2），對TI的LM317可調(diào)穩(wěn)壓器的PSRR進(jìn)行了測量。圖7顯示了近乎完美的重疊圖，其意味著在兩種注入方法之間進(jìn)行了非常好的校正。

圖6 優(yōu)化以后的高保真PSRR和噪聲底限測量

圖7 使用J2120A和J2130A測量LM317的PSRR

結(jié)論

本文表明，盡管PSRR測量在概念上很簡單，但要想獲得精確的測量結(jié)果，裝置的好壞極為重要。另外，我們還介紹了降低噪聲底限的方法。

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