Board pollution - šum v napájaní na prístrojovej doske

.

"Board pollution" je šum objavujúci sa rôzne po doske plošných spojov na napájacích vedeniach a vodivej ploche.

Je nesený prúdom napájajúcim elektronické súčiastky a jednotlivé funkčné komponenty.
S tým, ako sa všetko zmenšuje a znižuje sa veľkosť napätia potrebného na napájanie súčiastok, rastie vplyv tohto šumu na funkciu celého systému.

Osciloskopy Teledyne LeCroy disponujú celým radom nástrojov na diagnostikovanie zdroja šumu a pomôžu vám vyhodnotiť jeho vplyv.

Obrázok 1: Jedno z miest, kde môžeme vysledovať pôvod Board pollution, je VRM (Voltage Regulator Module), ktorý predstavuje blok prevodníkov, ktorý poskytuje mikroprocesoru a čipovej sade vhodné napájacie napätie, prevádza +3,3 V, +5 V alebo +12 V na nižšie napätie požadované zariadeniami, čo umožňuje namontovať zariadenie s rôznym napájacím napätím na rovnakú základnú dosku. V systémoch osobných počítačov (PC) je VRM zvyčajne tvorené výkonovými MOSFET zariadeniami.

VRM generuje šum, ktorý môže viesť aj k nefunkčnosti celého zariadenia, zvlášť keď sa stretne s kapacitou na doske plošných spojov a dôjde k jeho rezonancii a zosilneniu. Pozri obrázok 2.

Obrázok 2: Ďalšie efekty Board pollution môžeme pozorovať z I /O častí systému, kde čokoľvek pripojíme, môže to zanášať šumy do nami testovanej oblasti. Efekt dolnej priepuste spôsobený indukčnosťou pripojených vývodov a oddeľovacími kondenzátormi odfiltruje časť Board pollution vyšších frekvencií, ale stále možno vidieť neočakávanú zmenu niekoľkých desiatok milivoltov na úrovni napájania PCB (zelená stopa). Niečo podobné môžete potenciálne zaznamenať aj na zemi PCB, tento efekt sa nazýva ground-bounces.

Obrázok 3: Signály z jadra procesora tiež môžu ovplyvniť chod systému. Logická aktivita v jadre sa môže prepojiť cez pripojenie na PCB, či už cez napäťové zbernice alebo nejakým iným spôsobom. Tento šum bude mať menšiu amplitúdu ako to, čo vidíme na jadre, na doske je veľký vplyv impedance vďaka samotnému PDN.

Keď teda dôjde k Board Pollution, je na rade otázka, ako určiť pravdepodobný zdroj. Board polution môže mať efekt na celý systém, a šum teda môže prichádzať doslova odkiaľkoľvek.

Obrázok 4: Najefektívnejší spôsob hľadania je pomocou spektrálnej analýzy. Osciloskopy Teledyne LeCroy disponujú softvérovým vybavením na spektrálnu analýzu nameraného signálu. Jednotlivé komponenty majú špecifické pracovné frekvencie a spektrálna analýza signálu na napájacej zbernici nám pomôže určiť najpravdepodobnejšieho pôvodcu šumu. V tomto prípade je znateľný pík na frekvencii 2,4GHz, čo je takt jadra procesora.

Viac o spektrálnej analýze na osciloskopoch Teledyne LeCroy.

[cit 03.10.2022]