波特圖測量對于系統(tǒng)穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)化至關(guān)重要。這篇文章描述了連接線如何影響波特圖測量以及提高測量精度的方法。

圖 1顯示了一個典型的波特圖測量設(shè)置，其中控制回路斷開并插入了一個小電阻。頻率分析儀有一個在這個小電阻上注入交流干擾 ? ds的源。此設(shè)置通常還包括一個隔離適配器。

圖1 ：典型的波特圖測量設(shè)置

AC 波動發(fā)生在跨越斷點的兩個節(jié)點 A 和 B。頻率分析儀有兩個接收器來測量節(jié)點 A 和 B 處的信號 ? A和 ? B。您可以使用公式 1 計算系統(tǒng)環(huán)路增益 T V：

(1)

等式 2 和 3 分別計算節(jié)點 A 和 B 處的電壓：

(2)

(3)

連接線如何以及為何影響波特圖測量

在實際設(shè)置中，您必須將連接線焊接到小電阻的兩端，并將干擾注入和信號測量電纜連接到導(dǎo)線的另一端。圖 2 顯示了更準(zhǔn)確的實際測試設(shè)置框圖。

圖2 ：使用一對連接線的波特圖設(shè)置

信號接收器 A 和 B 不僅測量 ? A和 ? B，還測量導(dǎo)線上的電壓降 ? drop。等式 4 和 5 計算測量信號 ?' A和 ?' B：

(4)

(5)

其中 Xds 是斷點之間的阻抗，X L是共享線的阻抗。Xds 通常由插入在 A 點和 B 點之間的電阻控制。

因此，測得的環(huán)路增益 T V_measure受導(dǎo)線 X L的阻抗影響，如公式 6 所示：

(6)

在低頻時，當(dāng) |T V | >> |Xds/X L |，公式 7 可以近似 |T V_measure |：

(7)

在高頻下，當(dāng) |T V | << 1，公式 8 可以近似 |T V_measure |：

(8)

當(dāng) |X L | 與 |X ds | 相當(dāng)，T V_measure與 T V有很大不同。由于設(shè)計人員依靠波特圖來優(yōu)化穩(wěn)定性和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，因此這種測量誤差會極大地影響系統(tǒng)的最終性能。

圖 3 顯示 |X L | （不同長度和規(guī)格的電線的阻抗），兩根電線的距離為 1 英寸。

圖3 ：不同長度和規(guī)格的導(dǎo)線阻抗

推薦解決方案

為了最大程度地減少測量誤差，最佳做法是添加一對單獨的導(dǎo)線僅用于測量，如圖 4 所示。這種方法將導(dǎo)線兩端的電壓降排除在測量之外。

圖4 ：推薦的頻率分析儀接線

為了驗證這個概念，我首先將使用兩對連接線測量的波特圖（如圖 4 所示）與一對短連接線進(jìn)行了比較。圖 5 顯示了比較。兩個波特圖具有相同的交叉頻率，并且都有超過 10dB 的增益裕度。

圖 5：圖 4 所示設(shè)置和短連接線設(shè)置的波特圖

圖 6 顯示了被測轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應(yīng)。該響應(yīng)對應(yīng)于一個穩(wěn)定的系統(tǒng)。

圖6 ：被測轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應(yīng)（負(fù)載階躍為 5A，紫色 - V OUT；粉紅色 - 負(fù)載階躍）

圖 7 比較了用一對 6 英寸長的美國線規(guī) (AWG) 30 線和兩對同樣 6 英寸長的 AWG 30 線測量的波特圖。使用一對連接線測量的波特圖（也如圖 2 所示）具有小于 8dB 的增益裕度。在這個例子中，工程師對穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求，需要超過 10dB 的增益裕度?；阱e誤的測量，工程師可能不得不犧牲控制帶寬和瞬態(tài)響應(yīng)來彌補(bǔ)增益裕度。這不是一個理想的情況。

圖7 ：波特圖測量與圖 2 和圖 4 所示設(shè)置的比較

隔離工具箱限制

某些頻率分析儀可能帶有一個隔離工具箱，可將接收器 A 和 B 預(yù)連接到隔離器的輸出，如圖 8 所示。該工具箱旨在減少連接線數(shù)。但是，這樣做會迫使兩個接收器包含連接線上的電壓降。圖 3 顯示了一根 3 英尺 AWG 16 線的阻抗。在 1 MHz 附近，阻抗迅速增加到 10Ω 以上。

圖8 ：工具箱連接示例

圖 9 比較了使用工具箱測量的波特圖和使用兩對電線測量的兩條 3 英尺 AWG 16 電纜。使用工具箱測量的波特圖的增益裕度小于 6dB，這錯誤地表明了邊際穩(wěn)定性。

圖9 ：使用工具箱測量的波特圖與圖 4 所示設(shè)置的比較

隔離工具箱是一個方便的工具。但是，高頻連接線的阻抗對波特圖測量的影響太大。這種誤導(dǎo)性的波特圖會阻礙改善瞬態(tài)響應(yīng)的過程。使用工具箱時，應(yīng)始終使用最短長度的電纜。對于具有高控制帶寬的系統(tǒng)，我不推薦使用工具箱。

在這篇文章中，我展示了連接線如何以及為什么會影響波特圖測量。最好的方法是在斷點處添加一對單獨的連接線，僅用于測量。在添加一對單獨的連接線不可行的應(yīng)用中，使連接線盡可能短。