主板電源如同人的心臟，為主板的各個部件正常工作提供源源不斷的能量，時刻不停的工作。任何一路電源異常，都有可能造成主板功能缺失，電源性能關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量和工作壽命。電源性能與元器件可靠性、電源參數(shù)設(shè)計、layout布局布線和用戶使用環(huán)境息息相關(guān)，多種因素共同作用，且非線性相關(guān)，因此電源工程師需要在多種參數(shù)中博弈，有舍有得，取得動態(tài)平衡。
現(xiàn)有的理論計算和參數(shù)仿真都無法做到百分百準(zhǔn)確，與實際效果存在一些差距，只有通過測量手段獲知電源輸出參數(shù)，才能準(zhǔn)確把握電源的實際特性。電源測試與調(diào)優(yōu)是把握電源品質(zhì)最重要的一道關(guān)卡。電源測試是借用實驗儀器盡可能的模擬芯片的工作條件，檢驗電源的工作特性。
電源測試不是機械的獲取一組數(shù)據(jù)，填入表格就是完成任務(wù)，而是在測試全過程中，把握電源的性能，盡可能多的排除存在的問題，因此電源測試工程師要對主板電源設(shè)計方案、工作原理、電源性能和測試內(nèi)容等全面掌握，綜合提升自己的技能。本文將主要講述板級電源的測試內(nèi)容和方法。
電壓調(diào)節(jié)電路包括VRD(Voltage Regulator Down)與VRM(Voltage Regulator Module)。電源設(shè)計滿足POL（Point of Load）要求，測試項如下
1、紋波測試（Ripple test）
測試條件：
- 分別在最小，額定及最大輸入電壓下進行測試
- 以適當(dāng)?shù)呢?fù)載步長從最小負(fù)載到最大負(fù)載設(shè)置輸出進行測試
- 針對每種條件上電并讀取示波器紋波噪聲（pk-pk）
- 在輸出電壓上使用無源單端探頭（尖端和環(huán)形）。將帶寬設(shè)置為20MHz AC模式，并將屏幕上的電壓波形居中
- 使用電流探棒測量輸出電流。將帶寬設(shè)置為20MHz。觸發(fā)VR switching node來穩(wěn)定波形
- 將示波器的無限余暉功能打開
目標(biāo)規(guī)格：
輸出電壓紋波（mVpp）：額定輸出電壓的1％。
錯誤測量方法：
正確測量方法：
2、動態(tài)負(fù)載測試（Transient test）
測試條件：
- 在典型的直流輸入條件下進行測試
- 選擇合適的測試點（一般remote sense點附近），合理的負(fù)載階躍變化以及負(fù)載斜率（一般設(shè)成2.5A/us）執(zhí)行測試
- 動態(tài)負(fù)載：輕負(fù)載階躍為負(fù)載的10％和40％，重負(fù)載階躍為負(fù)載的70％和100％ 。負(fù)載頻率是1KHz至10KHz的重復(fù)頻率,負(fù)載的占空比設(shè)成50%
- 示波器帶寬設(shè)為20MHz，DC耦合模式，將范圍設(shè)置為NO Persistence，偏移輸出電壓（offset）
目標(biāo)規(guī)格：
過沖/下沖（mV）額定輸出電壓的+/-5％。
3、負(fù)載調(diào)節(jié)測試（Load regulation）
測試條件：
- 在典型的直流輸入下進行測試
- 以適當(dāng)?shù)呢?fù)載步長從最小負(fù)載到最大負(fù)載對輸出進行抽載測試
- 上電并記錄每種負(fù)載情況下的輸出電壓（RMS）讀數(shù)
目標(biāo)規(guī)格：
負(fù)載調(diào)節(jié)率（mV）達到標(biāo)稱輸出電壓的+/-1％
注意事項：
測試點選擇電壓偵測點附近
4、輸入線調(diào)整測試（Line Regulation）
測試條件：
- 在最大，最小和直流輸入類型下進行測試
- 以最小和最大負(fù)載下的輸出設(shè)置執(zhí)行測試
- 加電并驗證輸出電壓讀數(shù)
- 系統(tǒng)中被測VR的輸入電壓應(yīng)在其中一個輸入濾波電容上進行測量
目標(biāo)規(guī)格：
當(dāng)輸入電壓在上限（+5％或+10％）和下限（-5％或-10％）時，輸出電壓范圍應(yīng)與負(fù)載調(diào)整率相同。
5、輸出電壓啟動時間及過沖測試
測試條件：
- 在最大，最小和直流輸入類型下進行測試
- 使用適當(dāng)?shù)呢?fù)載步長，將輸出設(shè)置為從最小負(fù)載到最大負(fù)載，以執(zhí)行測試
- 上電并驗證輸出電壓上升時間讀數(shù)
- 如果VR具有跟蹤功能，則測量Vref波形
- Overshoot有一個偏移量，并盡可能放大垂直比例，以便捕獲超調(diào)的波形
目標(biāo)規(guī)格：
- 除非另有說明，否則Vout應(yīng)當(dāng)以0.5V/msec至1V/msec的速率由10％線性上升至90％
- 過沖應(yīng)限制在標(biāo)稱值的4％以內(nèi)
6、輸出電壓掉電時間及下沖測試
測試條件：
- 在最大，最小和直流輸入類型下進行測試
- 使用適當(dāng)?shù)呢?fù)載步長，將輸出設(shè)置為從最小負(fù)載到最大負(fù)載，進行測試
- 關(guān)閉電源并確認(rèn)輸出電壓下降時間讀數(shù)
- 當(dāng)通過EN或VIN欠壓鎖定禁用VR時，Vout將線性衰減，并且不應(yīng)進行任何重新啟動嘗試
- 如果VR具有跟蹤功能，則測量Vref波形
目標(biāo)規(guī)格：
- 超調(diào)量不得超過標(biāo)稱值的4％
- 掉電期間，輸出電壓的下沖不得低于-150mV
- 輸出電壓應(yīng)在500ms內(nèi)降至300mV以下
注意：
直流電子負(fù)載設(shè)置為CCL（Continuous Current Low）模式進行測量，因此測試參數(shù)低于CCH CCL（Continuous Current High）和CR（Continuous Resistance）模式。CC（Continuous Current）電流恒定，CV（Continuous Voltage）電壓恒定，CR（Continuous Resistance）電阻固定，CP（Continuous Power）功率固定
7、效率測試
測試條件：
- 在最大，最小和直流輸入類型下進行測試
- 在輸出設(shè)置為最小負(fù)載到最大負(fù)載的情況下，以5％的負(fù)載步長執(zhí)行測試
- 上電并記錄每種條件下的輸入電壓（rms），輸入電流（rms）和輸出電壓（rms）讀數(shù)
- 通過公式Eff（％）=Pout/Pin*100計算效率
- 收集效率和功率損耗測試數(shù)據(jù)
注意：
- 輸出測試點靠近輸出電感，因此輸出電壓和效率較高
- 去除除電源之外其他器件及芯片進行POL效率測試，因為這些多余的耗電部分會影響效率數(shù)據(jù)
目標(biāo)規(guī)格：
- 在1.2V時，最大負(fù)載的20％，50％和80％時，效率應(yīng)大于85％
- 在3.3V或更高時，最大負(fù)載的20％，50％和80％時應(yīng)大于90％，測量點應(yīng)設(shè)置在規(guī)定的測試點上
8、輸入紋波電流測試
測試條件：
- 在直流輸入類型上執(zhí)行測試。
- 使用適當(dāng)?shù)呢?fù)載步長，將輸出設(shè)置為從最小負(fù)載到最大負(fù)載，以執(zhí)行測試。
- 在輸入電壓上使用無源單端探頭（尖端和環(huán)形）。將BW設(shè)置為20MHz，并向通道添加偏移，以使來自屏幕的電壓波居中。
- 使用電流探頭測量輸入電流。 將帶寬設(shè)置為20MHz。使用單端探測交換節(jié)點。觸發(fā)交換節(jié)點
- 將范圍設(shè)置為Infinite Persistence ON
目標(biāo)規(guī)格：
- Ipeak<0.1*最大輸入Rms（root mean square）電流
- 輸入電壓紋波和噪聲<±1％標(biāo)稱輸入電壓
- 最大負(fù)載下的浪涌電流<Iin的150％。小于最大負(fù)載的1.5倍
9、調(diào)節(jié)器的輸入遲滯測試（選測）
測試條件：
- 以適當(dāng)?shù)呢?fù)載步長從最小負(fù)載到最大負(fù)載設(shè)置輸出進行測試
- 通過從0V增加DC輸入或偏置電壓直到輸出功率上升來執(zhí)行測試
- 通過將DC輸入或偏置電壓從最大降低到輸出功率關(guān)閉來執(zhí)行測試
- 記錄輸入電壓讀數(shù)或穩(wěn)壓器的開啟和關(guān)閉點的偏置電壓
- Vin的啟用（EN）信號保持打開狀態(tài)以允許VR上電。使能（EN）信號保持打開狀態(tài)，以允許VR通過VIN掉電
- 如果VR不使用偏置電壓，則僅進行DC輸入測試
目標(biāo)規(guī)格：
- VRM或EVRD應(yīng)能夠按照受電設(shè)備應(yīng)用中指定的方式開啟和關(guān)閉。并且在任何測試點都不應(yīng)閂鎖或循環(huán)開關(guān)。不應(yīng)損壞VRD或VRM
- 基于POL IC SPEC；電壓上升時間/下降時間為1V/30sec
- 當(dāng)通過輸入欠壓鎖定禁用VR時，輸出電壓應(yīng)線性衰減，并且不應(yīng)嘗試重新啟動
- 掉電期間，輸出電壓下沖不得低于-150mV
10、 Power good信號測試
測試條件：
- 在直流輸入類型上執(zhí)行測試
- 使用適當(dāng)?shù)呢?fù)載步長，將輸出設(shè)置為從最小負(fù)載到最大負(fù)載，進行測試
- 上電并在穩(wěn)壓器內(nèi)的VR輸出與PG信號觸發(fā)高電平之間的范圍ΔT
注意：
輸出電壓早于PGD上電。觸發(fā)抓取90％的輸出電壓和100％的PGD。
11、Switching node test
測試條件：
- 在最大，最小和直流輸入類型下進行測試
- 使用適當(dāng)?shù)呢?fù)載步長，將輸出設(shè)置為從最小負(fù)載到最大負(fù)載，以執(zhí)行測試
- 上電并調(diào)整高端/低端MOSFET的范圍和開關(guān)節(jié)點電壓（max/min）的讀數(shù)
- 同步整流器節(jié)點處的開關(guān)波形和參考到GND的開關(guān)波形應(yīng)處于設(shè)定的開關(guān)頻率（Fsw），且在任何持續(xù)時間內(nèi)均不跳脈沖。
- 波形不應(yīng)有任何明顯的抖動（<100nsec）
- 所有VDS和VGS設(shè)備電壓均應(yīng)在器件選型的降額指南之內(nèi)。將H/L side FET的Vgs組合在同一波形上，并顯示死區(qū)時間
- 對于多相設(shè)計，在任何穩(wěn)態(tài)負(fù)載條件下均應(yīng)注意適當(dāng)?shù)南嘟豢棧?60deg/N，N個相數(shù)）
目標(biāo)規(guī)格：
- 應(yīng)力因數(shù)必須在D2D FET器件的限制內(nèi)。將示波器帶寬至少設(shè)置為100MHz。（150MHz或250MHz）
- SW頻率（Fsw）應(yīng)在限制范圍內(nèi)。（遵循DCDC VR功能測試要求。）
- HG和LG不得同時高于1V。（死區(qū)時間>0nS，閾值為1V。）
12、電源時序測試
測試條件：
- 在典型的直流輸入下進行測試
- 在輸出設(shè)置為最小和最大負(fù)載的情況下執(zhí)行測試
- Vin/Vout/EN/PG在加電和斷電階段的示波器波形
- 從啟用（EN）有效和/或VIN高于最小開啟閾值起的延時。這不包括Vout上升時間。設(shè)計特定延遲是從Vin/EN到Vout：Vin到輸出，En到輸出
目標(biāo)規(guī)格：
- 電源序列應(yīng)滿足受電設(shè)備應(yīng)用中指定的限制
- 測量點應(yīng)設(shè)置在規(guī)定的測試點上
13、環(huán)路穩(wěn)定性測試(電壓控制方式以及電流控制方式，遲滯控制方式及D-cap)
測試條件：
- 典型的直流輸入下進行測試
- 以輸出設(shè)置為最小，中間和最大負(fù)載進行測試
- 加電并記錄相位裕度/增益裕度讀數(shù)
- 如果使用電感器作為輸入濾波器的一部分，請測量該電感器輸出處的輸入電壓紋波。此波動應(yīng)限制為5％
注意：
將Feekback電阻從0Ω更改為50Ω?100Ω。
目標(biāo)規(guī)格：
- 在最小，中，最大負(fù)載條件和VIN范圍內(nèi)，整個環(huán)路增益應(yīng)具有零交叉（Fc），斜率在標(biāo)稱開關(guān)頻率的1/10至1/5處為-1
- 相位裕度應(yīng)>=45°，當(dāng)相位交叉零dB時的增益裕度應(yīng)>=10dB
14、輸出紋波電流測試
測試條件：
- 在最大，最小和直流輸入類型下進行測試
- 在輸出設(shè)置為最大負(fù)載且接近OCP跳變點的情況下執(zhí)行測試
注意：
敲開輸出電感器的一部分，將線焊接到電感器的兩點上，使用電流探頭測量輸出電流。
15、熱特性監(jiān)控測試
測試條件：
持續(xù)拉載TDC電流5min以上，待元器工作溫度穩(wěn)定后測量。調(diào)節(jié)焦距，窗口中能清晰識別電路元件和溫度后拍照，記錄溫度最大值，同時應(yīng)關(guān)注較高溫度元件的類型、位號，是否超出各自的SPEC，如Controller、Driver、MOS、Output inductor、Bulk capacitor or input capacitor。
