【導(dǎo)讀】低電壓大電流供電場(chǎng)景下（如微處理器及ASIC芯片），電源系統(tǒng)需滿足嚴(yán)苛的電壓容限要求，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性在負(fù)載瞬態(tài)工況下尤為關(guān)鍵。此類電源的測(cè)試驗(yàn)證工作面臨雙重挑戰(zhàn)：既要捕捉納秒級(jí)電流突變引發(fā)的細(xì)微電壓波動(dòng)，又需建立精準(zhǔn)的規(guī)范符合性評(píng)估基準(zhǔn)。
本期，我們將介紹負(fù)載瞬態(tài)測(cè)試和簡(jiǎn)化復(fù)雜測(cè)試的詳細(xì)知識(shí)
低電壓大電流供電場(chǎng)景下（如微處理器及ASIC芯片），電源系統(tǒng)需滿足嚴(yán)苛的電壓容限要求，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性在負(fù)載瞬態(tài)工況下尤為關(guān)鍵。此類電源的測(cè)試驗(yàn)證工作面臨雙重挑戰(zhàn)：既要捕捉納秒級(jí)電流突變引發(fā)的細(xì)微電壓波動(dòng)，又需建立精準(zhǔn)的規(guī)范符合性評(píng)估基準(zhǔn)。本文將介紹更多負(fù)載瞬態(tài)測(cè)試的詳細(xì)信息以及可用于簡(jiǎn)化這些復(fù)雜測(cè)試的方法。
首先，需要了解所有瞬態(tài)規(guī)格，以便合理設(shè)計(jì)電源，同時(shí)還需要了解它們?nèi)绾螒?yīng)用于測(cè)試。典型的瞬態(tài)規(guī)格包括：
? 負(fù)載階躍大小，以安培為單位或以占滿負(fù)載的百分比表示。
? 瞬態(tài)事件（有時(shí)為零）期間的最小負(fù)載。
? 負(fù)載階躍的壓擺率，通常以安培/微秒為單位。
? 階躍兩個(gè)邊沿支持的最大電壓偏差。
? 預(yù)期恢復(fù)時(shí)間。
圖 1 展示了通常如何定義這些規(guī)格的示例。
圖 1：負(fù)載瞬態(tài)測(cè)量的圖形說(shuō)明
了解所有規(guī)格后，可以嘗試設(shè)計(jì)可滿足要求的電源。但滿足測(cè)試要求往往是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。1V 輸出電壓、100A 負(fù)載階躍和 1000A/μs 壓擺率的要求再正常不過(guò)。在大多數(shù)測(cè)試情況下，限制因素是待測(cè)電源和負(fù)載之間的電感。在實(shí)際系統(tǒng)中，電源通常緊鄰其所供電的負(fù)載放置，以便更大限度地減少寄生電感。
可以使用多種方法來(lái)測(cè)試給定電源的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)；每種方法都各有其優(yōu)缺點(diǎn)。本文將比較以下方案：外部電子負(fù)載、外部瞬態(tài)電路板、“場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 沖擊”、板載瞬態(tài)發(fā)生器和基于插槽的瞬變測(cè)試儀。
外部電子負(fù)載可能是測(cè)試瞬態(tài)響應(yīng)的最常用，也是最方便的方法。大多數(shù)負(fù)載都具有可輕松設(shè)置電流電平和轉(zhuǎn)換時(shí)間的模式。主要缺點(diǎn)是壓擺率受限，這是源于外部接線或?qū)嶋H負(fù)載限制。
在壓擺率方面，外部瞬態(tài)電路板通常具有更出色的表現(xiàn)，但會(huì)降低靈活性。根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，負(fù)載瞬態(tài)電路板可能會(huì)在最大電流、熱耗散或壓擺率方面受到限制。瞬態(tài)電路板從外部連接，因此接線通常成為限制壓擺率的因素。此外，還需要為測(cè)試的每個(gè)電源調(diào)整或配置電路板。
FET 沖擊是一種獲得高速瞬態(tài)結(jié)果的快速、直接方法。可以通過(guò)電阻器將金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 從漏極連接到源極，或直接連接到電源的輸出端，并使用函數(shù)發(fā)生器控制柵極。由于外部接線較少，因此寄生電感顯著降低。
雖然這種方法通常會(huì)產(chǎn)生高壓擺率，但測(cè)試可能難以控制和實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性。可能還需要修改印刷電路板 (PCB) （圖2）。此方法的另一個(gè)問(wèn)題是，測(cè)量實(shí)際負(fù)載階躍電流有一定困難，并且測(cè)量值可能不準(zhǔn)確。
圖 2：包含 FET 沖擊的 PCB 示例
在嘗試測(cè)試高電流、高速瞬態(tài)的性能時(shí)，板載瞬態(tài)發(fā)生器會(huì)非常實(shí)用。可以按照確切的負(fù)載瞬態(tài)規(guī)格設(shè)計(jì)電路。主要缺點(diǎn)是元件會(huì)產(chǎn)生額外成本和空間占用。此外，靈活進(jìn)行多種不同的測(cè)量可能既困難又耗時(shí)。
板載瞬態(tài)發(fā)生器的設(shè)計(jì)也可能非常復(fù)雜。它可以像由 555 計(jì)時(shí)器控制的電阻器和 FET 一樣簡(jiǎn)單，也可以像圖 3 中所示的一樣復(fù)雜。更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)采用尺寸更小、開(kāi)關(guān)速度更快的多級(jí) FET。此設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn) 1000A/μs 的壓擺率。
圖 3：板載瞬態(tài)發(fā)生器的更復(fù)雜版本
最后一個(gè)選擇是使用處理器插槽和專用瞬變測(cè)試儀工具。這種方法成本最高，原因在于工具本身可能成本較高，而且 PCB 的成本也十分高昂。但對(duì)于一組給定的處理器要求，卻可以獲得最準(zhǔn)確的結(jié)果。處理器或 ASIC 制造商經(jīng)常開(kāi)發(fā)此類工具，因而它們是專為滿足特定的測(cè)試條件而構(gòu)建。
表 1 總結(jié)了瞬態(tài)測(cè)試方案。
表 1：不同瞬態(tài)測(cè)試方法的比較
測(cè)試負(fù)載瞬態(tài)是電源設(shè)計(jì)和合規(guī)性的非常重要的部分。測(cè)試裝置中的寄生電感會(huì)阻礙實(shí)現(xiàn)所需壓擺率。希望本文介紹的各種方法可以幫助您避免這個(gè)問(wèn)題。
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