在FPGA系统中电源纹波调试全纪实

在某FPGA系统中，对电源系统进行调试，在同样的测试条件下，发现其中有一块板相对其它的板功耗总偏大，进而对其进行调试分析。

在该系统中，输入电压为DC12V，输出电压有：5V、3.3V、2.5V和1.2V，综合考虑电源纹波和转换效率，在该系统中采用了DC-DC和LDO，：

该DC-DC为双路输出(5V和3.3V)。这里，功率电感的大小选择为10uH。以下是对各输出电压所进行的纹波测试，波形如下：

由以上可以看出，各电压的纹波相当大，再次测试5V一侧的斩波波形。

中可以看出，该斩波波形是较差的。在FPGA系统中则会表现为：整个系统电流偏大，进而影响功耗偏大。

因此，这里重点考虑DC-DC外围元件的参数选择不合理。首先从功率电感入手，将其由10uH加大到15uH，再次进行测试。更换功率电感后的斩波波形如下，得到了较大改善。

电源纹波是指在交流电源中，由于电源本身的特性以及负载的影响，电源输出的直流电中所包含的交流成分。电源纹波会对电子设备的正常工作产生影响，因此需要进行测试和分析。普源示波器是一种常用的测试设备，用于测量和分析电源纹波。本教程将介绍如何使用普源示波器进行电源纹波测试。

一、准备工作：

确保普源示波器和被测电源处于关闭状态。

将被测电源与普源示波器连接。通常，被测电源的正极与示波器的通道1连接，负极与示波器的地线连接。

确保示波器的通道1选择了合适的耦合方式，通常选择AC耦合。

二、设置示波器参数：

打开示波器电源，等待示波器启动完毕。

调整示波器的水平和垂直缩放，使得波形完整可见。

选择合适的时间基准，一般选择10ms/div或者100ms/div。

调整示波器的触发模式，通常选择自动触发。

三、进行电源纹波测试：

打开被测电源，使其工作。

在示波器屏幕上观察到电源输出的波形。通常，电源纹波会表现为直流电上的小幅度交流波动。

根据观察到的波形特征，调整示波器的垂直缩放和时间基准，以便更清楚地观察到纹波。

使用示波器的光标功能，测量纹波的幅度和周期。纹波的幅度表示纹波的大小，纹波的周期表示纹波的重复频率。

如果需要更详细的分析，可以使用示波器的数学功能，对波形进行FFT变换，得到纹波的频谱分布。

四、分析和评估：

根据测量结果，评估电源纹波的严重程度。一般来说，纹波幅度越小，纹波周期越大，电源质量越好。

比较被测电源的纹波与规定的标准，判断其是否符合要求。不同的应用场景对电源纹波的要求不同，需要根据具体情况进行评估。

通过本教程，我们了解了如何使用普源示波器进行电源纹波测试。电源纹波是电子设备正常工作的重要指标，通过测试和分析可以评估电源的质量。在实际应用中，需要根据具体要求选择合适的设备和参数，以便获得准确可靠的测试结果。

更换L前各电压的纹波分别为：126mV，65.6mV，49.6mV，39.2mV;

更换L后各电压的纹波又分别为：32mV，16.8mV，5.6mV，4.8mV。

从以上可以看出，各电压纹波对得到了较大的改善。继续对电路进行改进，加大去耦电容，经测试，纹波再一次得到了减小，不过作用并不是太明显。

分析：若DC-DC的纹波较大，则会直接影响其转换效率，进而造成一些不必要的能量浪费，使整个系统的功耗偏大。

纹波偏大的影响：

纹波过大会引起系统工作不稳定，发热量偏高等。长期的工作不稳定还可能造成芯片功能下降或损坏

总 结：功率电感对于DC-DC的影响是极大的，在实际的DC-DC电源调试过程中，如果发现输出纹波较大，可以先测试一下其斩波波形，并首先尝试改变一下功 率电感的参数(应尽量满足芯片手册给出的要求)，增大电源滤波电容等;纹波大还有可能是PCB走线不合理造成，所以在PCB的设计过程中也要引起重视(一 般在芯片手册中都有Layout指导，可参考)。