一文知道如何測量控制回路的開環特性

一、原理闡述

通過環路特性測量可以精確的得到電源的內在特性參數，是環路穩定性及電路設計的重要參考依據，測量原理及時域和頻域特性如圖1.1-3示意。1、首先在環路的一端引入一個小幅度的激勵信號（sine wave），然后在環路的另一端檢測經環路流通之后的激勵信號，兩者比值就是環路的開環特性；

圖1.1 環路特性測量示意2、激勵信號可由信號發生器產生，但是不能直接接入電源環路，所以需要一個信號耦合變壓器把激勵信號耦合到電源環路中去；

3、因為變壓器傳遞的是電流的變化，所以還需要一個小阻值的電阻將電流轉化為電壓信號，這個轉換電阻是圖中的Rsense；4、Rsense的阻值選擇范圍為20~50歐姆，一般選為50歐姆因為這樣方便和儀器及同軸電纜的阻抗匹配。雖然Rsense的選值不要求太嚴格(因其不參與傳遞函數的計算)，但是過大或過小會導致激勵信號失真；5、激勵信號的流向如圖中箭頭所示，環路特性是輸出與輸入的比值(T/R)；

二、儀器架設

圖1.3是使用安捷倫頻譜儀E5061B進行環路特性實測的示意圖。T1為信號耦合變壓器，需要自制；儀器端口LF OUT是激勵信號的輸出端口，端口R是對激勵入口的監測，端口T是激勵信號經環路之后的返回值，所以T/R是環路的傳遞函數；

1、儀器校正在每次儀器開機后、進行實測前，對儀器進行一次有效的校驗是一種對測量結果負責的態度。連續測量時，一般只需在開機后進行一次校正即可因為儀器會對校正結果有記憶（關機后記憶消失）。

測試電源環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（連接至儀器的LF OUT端口)，副端短接。2、保存測試結果和數據1）、測試結果圖片保存技巧：把光標1和2分別放置于增益的0dB穿越點和相位的歸零點，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建議分別保存增益與相位的數據，儀器支持將數據保存為*.csv格式，方便對數據進行深度挖掘。建議分別測量輕載、半載及滿載下的環路特性并按圖1.7示意的文件結構進行結果保存。

三、實驗結果分析當調試補償參數時或者對比兩種方案的差異時，我們往往需要對環路特性進行深入分析，但是實驗中保存的圖片只能做定性分析無法定量。為了對環路特性進行定量分析，可將數據導入Excel，然后使用Excel豐富的圖表工具復原波特圖，如圖1.8是兩款芯片的對比分析，特性差異一目了然。

三、自制信號耦合變壓器信號耦合變壓器的大致要求歸納如下：1、在整個測試頻率范圍內傳輸響應特性須盡可能平坦，電源的環路特性測試范圍一般100HZ~1MHZ；2、變壓器的阻抗須在50歐姆左右，與激勵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）這個數量級，否則隔離效果不佳從而干擾電路本身的特性參數；

變壓器屬于非標準件，所以一般需要定制或自制，親手制作測試工具是工程師的情懷所在，簡單記錄一下變壓器的自制過程。

1、變壓器的自感需要在mH這個數量級，如此大的自感值意味著變壓器的匝數需要很多，直接手工繞制的話難度會很大。不過運氣不錯，我們找到一款大感值的Choke，它是用雙股漆包線繞制的（天然的匝數比為1:1的信號隔離變壓器）。但是單個Choke的感值是200uH左右，所以可以多個串聯增加感值（最終用了六顆Choke，再多的話盒子里塞不下了，實測自感值為1.3mH）。

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

效果還不錯，在100HZ至1MHZ范圍內特性還算平坦，通過校正可以彌補誤差。3、迫不及待的使用實際的電源板進行實測，測試結果平滑，重復多次驗證結果穩定有效。

4、封裝至一個屏蔽盒子里，寫上標簽。