Analyse de conceptions d'alimentation pour des SoC haut débit avec convertisseurs buck multiphases

Votre tâche

Chaque phase d'un convertisseur buck multiphases (convertisseur entrelacé) possède au moins un ensemble de transistors de commutation et un inducteur. Afin de profiter des propriétés multiphases, les durées de conduction pour les phases sont décalées les unes par rapport aux autres. Dans un fonctionnement en veille à haute charge, tous les étages devraient être actifs et décalés équitablement les uns par rapport aux autres avec le courant d'alimentation équilibré entre les étages. Résultat, les courant inductifs sont également décalés afin de minimiser l'ondulation à la fois dans le courant d'alimentation et dans la tension d'alimentation. Avec des niveaux de courant élevés, les pertes de conduction sont omniprésentes. Donc, des convertisseurs buck multiphases ont une efficacité supérieure et une dissipation de chaleur plus faible que des convertisseurs simples, car le courant total est distribué sur plusieurs étages plutôt que sur un seul.

Les convertisseurs buck multiphases basés sur un contrôleur ont même une efficacité plus accrue car ils peuvent dynamiquement activer les étages au cours des périodes de charge haute et retirer des étages lors des périodes de charge basse.

Les convertisseurs buck multiphases ont également une superbe réponse aux étapes de charge. Puisque les durées de conduction pour les phases sont décalées les unes par rapport aux autres, un convertisseur buck multiphases peut rapidement réagir à une étape de charge en ajustant le signal de modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour la phase immédiatement après l'étape de charge. Dans des conceptions empilées, le contrôleur du primaire fournit le signal PWM pour toutes les phases. La conception conserve un décalage de phase prédéfini entre les étages. Les conceptions multiphases basées sur contrôleur peuvent dynamiquement aligner les phases ou activer / désactiver les signaux PWM pour les étages correspondants afin de minimiser les sous-oscillations et les suroscillations de ces transitoires de charge.

Même s'ils sont des outils puissants pour l'amélioration de la performance et de l'efficacité d'une conception d'alimentation haut débit SoC, les convertisseurs buck multiphases peuvent rendre les tests de validation et de débogage plus complexes lors de l'analyse de la gestion de phase dans diverses conditions de charge statique ou dans des scénarios d'étape de charge dynamique.

Application

Les mesures typiques d'une conception d'alimentation avec des convertisseurs buck multiphases incluent :

• Mesures efficaces
  Le système effectue des mesures efficaces du convertisseur buck multiphases avec différentes charges et sur des scénarios de charge dynamique typiques.
• Analyse de l'intégrité de puissance de l'alimentation pour les SoC haut débit
  Des mesures dans diverses conditions de charge statique ainsi que dans des scénarios d'étape de charge dynamique s'assurent que la tension de rail d'alimentation soit en conformité avec la tolérance d bruit, d'ondulation, de sous-oscillation et de suroscillation requis. Les mesures se déroulent généralement dans les domaines temporel et fréquentiel.

• Analyse de phase des étages au sein du convertisseur buck multiphases
  Les mesures sont effectuées dans des conditions de charge statique et dans des scénarios d'étape de charge définie afin de vérifier que les étages du convertisseur buck multiphases réagissent aux étapes de charge avec une faible latence et pour vérifier la gestion de phase globale sur tous les étages.

Solution Rohde & Schwarz

La série d'oscilloscopes MXO 58 fournit un total de 8 voies analogiques et des bandes passantes jusqu'à 2 GHz (mode entrelacé). L'option R&S®MXO5-B1 permet d'ajouter 16 voies numériques sans sacrifier l'une des huit voies analogiques. Grâce à l'accélération matérielle intégrée, le MXO 58 possède une vitesse et un taux d'acquisition sans équivalent jusqu'à 4,5 millions de formes d'ondes/s et un taux FFT jusqu'à 45 000 FFTs/s.

L'instrument possède un décalage ajustable jusqu'à 2 V (à 50 Ω) ou jusqu'à 5 V (à 1 MΩ), même réglé à la sensibilité la plus élevée de 0,5 mV/div. Avec une résolution de 12 bits (jusqu'à 18 bits en mode HD) il fournit une précision maximale pour la mesure de petites perturbations sur un rail d'alimentation DC.

Le MXO 5 propose en standard un système de déclenchement numérique puissant et polyvalent, avec tout ce qu'il faut depuis le déclenchement sur front de base via un déclenchement de séquence A/B/R jusqu'au déclenchements puissants sur zone. Des événements spécifiques peuvent être capturés en déclenchant sur une combinaison de zones définies par l'utilisateur à partir de différentes sources de signaux (formes d'ondes acquises, formes d'ondes mathématiques ou vues spectrales) avec le déclenchement sur zone.

Comme avec le MXO 5C, l'instrument est aussi disponible sans affichage dans un format compact 2 HU pour commander à distance l'unité dans des applications de test automatisées.

Les perturbations sur les rails d'alimentation sont mieux mesurées avec une sonde de rail d'alimentation dédiée telle que la R&S®RT-ZPR. Puisqu'il s'agit d'une sonde 1:1, elle possède la sensibilité nécessaire pour cette mesure. La sonde propose un mesureur DC intégré pour mesurer facilement la tension DC du rail d'alimentation et la soustraire automatiquement dans le décalage du circuit. Avec cela, la sensibilité optimale peut être utilisée dans le MXO 5 afin de mesurer précisément les perturbations sur un rail d'alimentation, tout en regardant encore les valeurs DC actuelles pour la tension du rail d'alimentation. Des erreurs de mesure provenant des boucles de mise à la masse dans la configuration de test pour les conceptions de puissance avec un courant d'alimentation élevé sont possibles. La combinaison du R&S®RT-ZPR avec l'isolateur coaxial Picotest J2115A, réduit grandement ces erreurs de boucle de masse.

Les effets de la boucle de masse, causés par les niveaux de courant élevés dans les différents étages des convertisseurs buck multiphases doivent également être pris en compte lors de la mesure de la tension d'un noeud de commutation. Des sondes différentielles telle que la R&S®RT-ZD éliminent ces effets et sont idéales pour de telles mesures.

Les sondes de courant R&S®RT-ZCxx et les bobines de Rogowski peuvent être utilisées pour mesurer le courant et calculer la puissance instantanée dans des mesures efficaces de puissance.

Conclusion

Les séries d'oscilloscopes MXO 5 et MXO 5C sont idéales pour l'analyse de l'intégrité de puissance dans des conceptions d'alimentation haut débit SoC. Jusqu'à 8 voies analogiques et 16 voies numériques, ainsi qu'une large gamme de sondes permettent aux instruments de mesurer précisément le bruit, l'ondulation, les sous-oscillations et les suroscillations avec une excellente sensibilité. La vitesse de mesure et le système puissant de déclenchement sans équivalents détectent de manière efficace les perturbations des rails d'alimentation dans les domaines temporel et fréquentiel afin de permettre l'analyse des signaux PWM sur tous les étages d'un convertisseur buck multiphases.