使用实时频谱分析仪进行电源测试

白皮书使用实时频谱分析仪进行电源测试

泰克实时频谱分析仪可以在开关电源上进行传统扫频分析仪不能进行的许多测量。本应用简介说明了使用泰克RSA3300A或WCA200A系列实时频谱分析仪对Radio Shack 273-1680型号小型3-12V 1000 mA电源进行的部分测试。

在所示的所有实例中，电源设置成3V输出，在电源输出和分析仪输入之间有一部50欧姆20 dB功率衰减器。对下面所示的所有测试，电源插入开关电源板中，这样可以简便地开关输入线路电压。我们发现，基础开关频率约为80 kHz。

图1. 频率模板触发器用来在电源启动时触发采集。在信号进入模板的黑色区域时(以正确的幅度和频率)，分析仪触发采集(使用用户指定的预触发数据量)。

- 左上方窗口显示了80 kHz中心频率周围50 kHz跨度的功率随时间变化。这个窗口进行定标(在采集后)，从而显示2 ms，窗口左边边沿显示出现了开关频率的上升沿。

- 底部窗口显示了类似的时间标度，但测量的是频率随时间变化(在80 kHz中心频率周围50 kHz跨度内使用频率鉴别器)。底部窗口上显示一个标尺，显示最小开关频率约比80 kHz中心频率低15.76 kHz。这个标尺链连到左上方窗口的功率标尺中(在同一时点上显示的功率约为-16.4 dBm)。在开机后大约1 ms，幅度和频率稳定得相当好。

- 右上方窗口显示了在略微超过其它(时域)窗口的右边边沿的时点上开关信号的频谱。图中显示了频率模板。在80 kHz附近的开关信号第一次进入黑色区域时，分析仪触发采集。我们使用预触发器，因此将同时采集在开关信号激活模板触发器之前和之后的数据。

图2. 与图1类似的显示画面 (但使用不同的标度系数)。现在，频率模板触发器设置成在信号退出模板时激活。负荷电流提高一倍，导致开关频率降低(大约9.7 kHz)，开关波纹的幅度提高(大约4.3 dB)。

图3. 这是在负荷变成三个值时开关频率的实地(连续更新)显示画面。下方窗口中的频谱图画面提供了频谱的时间历史(在本例中，在电源中应用三个负荷时，显示了大约5秒的信号)。基于DSP的频率计数器异常快速地显示了50 kHz跨度内部最强的瞬时信号。

图4. EMI应用：显示了直到5 MHz的开关频率谐波。显示了80 dBuV和100 dBuV上的用户线。

相对频率(在蓝色区域中)。

结合使用P5200高压探头和实时频谱分析仪

在使用实时频谱分析仪时，通常需要测量高阻抗信号。泰克P5200差分探头从DC到25 MHz提供高阻抗到50欧姆转换。这特别适合泰克RSA2200A选项05 -- RSA3300A和WCA200A系列频谱分析仪的DC-20 MHz基带输入范围。

使用这个探头上的频谱分析仪50欧姆端子(带有一个BNC到N适配器)会导致额外的两倍电压标度系数，因为活动的探头输出阻抗为50欧姆。提供了两个差分输入电压范围(带有指明的幅度偏置系数)：

- 1/50 (-40 dB至50欧姆) --- 最大130 V (DC + 峰值AC)

- 1/500 (-60 dB至50欧姆) --- 最大1300 V (DC + 峰值AC)

图6. RSA3308A实时频谱分析仪显示的P5200差分高压探头上1/50范围的本底噪声(130 V最大)。标尺位于RF信号发生器(正确端接)生成的500 kHz 1 V信号(120 dBuV)上。显示的dBuV和dBuV/Hz画面可以用于EMI分析。还可以使用天线系数校正表。

P5200可以与实时频谱分析仪相结合，用于从DC到20 MHz的各种应用。但是，P5200的本底噪声和杂散信号大约比上面列出的分析仪型号高20 dB，因此这是测量小信号的限制因素。您应该一直对小信号使用1/50范围(只要峰值电压低于130 V)，因为1/50范围的探头损耗比1/500范围低20 dB。探头损耗提高了测量系统的噪声系数。例如，图7是使用RSA3308A实时频谱分析仪时P5200探头上1/50范围的本底噪声。图8显示了P5200上1/500范围的本底噪声。

从90 kHz到200 kHz，杂散信号超过了探头本底噪声。图9显示了1/50范围的DC - 200 kHz本底噪声和杂散信号，图10则显示了1/500范围的数据。P5200探头和实时频谱分析仪在低得多的频率上性能仍非常好。图11显示了1/50范围时DC - 20 kHz音频跨度，图12显示了1/500范围。在非常低的频率上，从P5200 9 V电源和其它来源捡拾的残余噪声生成了100 Hz或120 Hz的杂散信号 (是市电线路频率的两倍)。图13显示了1/50范围时DC - 200 Hz跨度的数值(采用线性电压标度)，图14显示了1/500范围的数值(采用对数功率标度)。

图7. RSA3308A实时频谱分析仪显示的P5200差分高压探头上1/50范围的本底噪声(130 V最大)。在500 kHz -20 MHz时系统本底噪声 (参考探头输入)低于大约-90 dBm/Hz。分析仪本底噪声约为-154 dBm/Hz (在分析仪输入上)。在探头中校正40 dB损耗时，分析仪本底噪声约为-114 dBm (参考探头输入)。因此，探头噪声要高出20

dB以上。但是，高输入阻抗和高压功能可以使用P5200测量广泛的电源信号。

20 MHz时的系统本底噪声 (参考探头输入)低于-73 dBm/Hz。探头本底噪声再次比分析仪噪声高20 dB。

频率上，可以看到1/f低频噪声及多个杂散信号。

这个范围内不是问题，但仍存在杂散信号。

(130 V最大)。

声(1300 V最大)。

V最大)。图中显示了线性电压标度。

V最大)。图中显示了dBm功率标度。

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