一文知道如何測(cè)量控制回路的開(kāi)環(huán)特性

一、原理闡述

通過(guò)環(huán)路特性測(cè)量可以精確的得到電源的內(nèi)在特性參數(shù)，是環(huán)路穩(wěn)定性及電路設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)，測(cè)量原理及時(shí)域和頻域特性如圖1.1-3示意。1、首先在環(huán)路的一端引入一個(gè)小幅度的激勵(lì)信號(hào)（sine wave），然后在環(huán)路的另一端檢測(cè)經(jīng)環(huán)路流通之后的激勵(lì)信號(hào)，兩者比值就是環(huán)路的開(kāi)環(huán)特性；

圖1.1 環(huán)路特性測(cè)量示意2、激勵(lì)信號(hào)可由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，但是不能直接接入電源環(huán)路，所以需要一個(gè)信號(hào)耦合變壓器把激勵(lì)信號(hào)耦合到電源環(huán)路中去；

3、因?yàn)樽儔浩鱾鬟f的是電流的變化，所以還需要一個(gè)小阻值的電阻將電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，這個(gè)轉(zhuǎn)換電阻是圖中的Rsense；4、Rsense的阻值選擇范圍為20~50歐姆，一般選為50歐姆因?yàn)檫@樣方便和儀器及同軸電纜的阻抗匹配。雖然Rsense的選值不要求太嚴(yán)格(因其不參與傳遞函數(shù)的計(jì)算)，但是過(guò)大或過(guò)小會(huì)導(dǎo)致激勵(lì)信號(hào)失真；5、激勵(lì)信號(hào)的流向如圖中箭頭所示，環(huán)路特性是輸出與輸入的比值(T/R)；

二、儀器架設(shè)

圖1.3是使用安捷倫頻譜儀E5061B進(jìn)行環(huán)路特性實(shí)測(cè)的示意圖。T1為信號(hào)耦合變壓器，需要自制；儀器端口LF OUT是激勵(lì)信號(hào)的輸出端口，端口R是對(duì)激勵(lì)入口的監(jiān)測(cè)，端口T是激勵(lì)信號(hào)經(jīng)環(huán)路之后的返回值，所以T/R是環(huán)路的傳遞函數(shù)；

1、儀器校正在每次儀器開(kāi)機(jī)后、進(jìn)行實(shí)測(cè)前，對(duì)儀器進(jìn)行一次有效的校驗(yàn)是一種對(duì)測(cè)量結(jié)果負(fù)責(zé)的態(tài)度。連續(xù)測(cè)量時(shí)，一般只需在開(kāi)機(jī)后進(jìn)行一次校正即可因?yàn)閮x器會(huì)對(duì)校正結(jié)果有記憶（關(guān)機(jī)后記憶消失）。

測(cè)試電源環(huán)路特性的校正方法是“直通(Through)校正“，首先在變壓器的主端加激勵(lì)（連接至儀器的LF OUT端口)，副端短接。2、保存測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)1）、測(cè)試結(jié)果圖片保存技巧：把光標(biāo)1和2分別放置于增益的0dB穿越點(diǎn)和相位的歸零點(diǎn)，這樣能從圖片上讀取最豐富的信息。

2）、在正確保存圖片的同時(shí)建議分別保存增益與相位的數(shù)據(jù)，儀器支持將數(shù)據(jù)保存為*.csv格式，方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘。建議分別測(cè)量輕載、半載及滿(mǎn)載下的環(huán)路特性并按圖1.7示意的文件結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)果保存。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析當(dāng)調(diào)試補(bǔ)償參數(shù)時(shí)或者對(duì)比兩種方案的差異時(shí)，我們往往需要對(duì)環(huán)路特性進(jìn)行深入分析，但是實(shí)驗(yàn)中保存的圖片只能做定性分析無(wú)法定量。為了對(duì)環(huán)路特性進(jìn)行定量分析，可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel，然后使用Excel豐富的圖表工具復(fù)原波特圖，如圖1.8是兩款芯片的對(duì)比分析，特性差異一目了然。

三、自制信號(hào)耦合變壓器信號(hào)耦合變壓器的大致要求歸納如下：1、在整個(gè)測(cè)試頻率范圍內(nèi)傳輸響應(yīng)特性須盡可能平坦，電源的環(huán)路特性測(cè)試范圍一般100HZ~1MHZ；2、變壓器的阻抗須在50歐姆左右，與激勵(lì)源的輸出端口阻抗匹配；3、變壓器的自感須足夠大推薦在mH（毫亨）這個(gè)數(shù)量級(jí)，否則隔離效果不佳從而干擾電路本身的特性參數(shù)；

變壓器屬于非標(biāo)準(zhǔn)件，所以一般需要定制或自制，親手制作測(cè)試工具是工程師的情懷所在，簡(jiǎn)單記錄一下變壓器的自制過(guò)程。

1、變壓器的自感需要在mH這個(gè)數(shù)量級(jí)，如此大的自感值意味著變壓器的匝數(shù)需要很多，直接手工繞制的話(huà)難度會(huì)很大。不過(guò)運(yùn)氣不錯(cuò)，我們找到一款大感值的Choke，它是用雙股漆包線繞制的（天然的匝數(shù)比為1:1的信號(hào)隔離變壓器）。但是單個(gè)Choke的感值是200uH左右，所以可以多個(gè)串聯(lián)增加感值（最終用了六顆Choke，再多的話(huà)盒子里塞不下了，實(shí)測(cè)自感值為1.3mH）。

2、制作完畢驗(yàn)證一下變壓器的特性：變壓器的主端加激勵(lì)，副端短接（就是直通校正的接法）。

效果還不錯(cuò)，在100HZ至1MHZ范圍內(nèi)特性還算平坦，通過(guò)校正可以彌補(bǔ)誤差。3、迫不及待的使用實(shí)際的電源板進(jìn)行實(shí)測(cè)，測(cè)試結(jié)果平滑，重復(fù)多次驗(yàn)證結(jié)果穩(wěn)定有效。

4、封裝至一個(gè)屏蔽盒子里，寫(xiě)上標(biāo)簽。