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器件型号：TPSM843B22EVM 主题中讨论的其他器件：TPSM843B22、
工具与软件：
我观看了一个有关使用2端口探头测量输出阻抗与频率的演示、这里有一个 TPSM843B22的示例、其1.44MHz 处具有高阻抗峰值。
该 EVM 设计是否稳定？
阻抗峰值来自哪里？
是否有改进的办法？
是否有办法在设计过程中避免这种情况？
工具与软件：
我观看了一个有关使用2端口探头测量输出阻抗与频率的演示、这里有一个 TPSM843B22的示例、其1.44MHz 处具有高阻抗峰值。
该 EVM 设计是否稳定？
阻抗峰值来自哪里？
是否有改进的办法？
是否有办法在设计过程中避免这种情况？
这个问题问得好。 在详细了解 TPSM843B22之前、让我们先讨论什么是2端口探针以及它如何测量输出阻抗。
2端口探头是一种专门的测量工具、它的头具有4个紧密间距的引脚(2对)- 1a 和1b 以及2a 和2b。 每个对的一个引脚被连接至两个"端口"-端口 A 和端口 B
探针允许一个端口(端口 A 引脚1a 和2a)生成强制条件、而第二个端口(端口 B 引脚1b 和2b)以尽可能小的互阻和电感来感测该强制条件的结果。 这允许对该强制条件的结果进行开尔文检测。
对于阻抗测量、其中一个端口通过已知电阻(通常为50 -500Ω)驱动每对一个引脚(例如1a 和2a)之间的电压、而另一个端口测量每个引脚对的其他引脚(例如1b 和2b)之间的差分电压。 ΔVac 计算通过已知电阻强制的电流并将其与测量的电压进行比较、 可以计算出 Δ V/ΔIac 或动态阻抗。
由于所用的电流和电压非常低、探头和测试设备通常在每次针对开路、短路和已知精密电阻进行测试之前按照测量顺序进行校准。
例如、驱动1Vac 信号通过50Ω 阻抗可产生20mA 电流。 如上所示、对于1mΩ 的测量(从1Hz 到3kHz)、测量端口的测量值仅为20μVac μ A。
当阻抗曲线报告的阻抗为3mΩ(上方200kHz)时、这意味着200kHz 下的1Aac 负载将在输出@ 200kHz 上产生3mVac 纹波
jianjun huang 说：此 EVM 设计是否稳定？
有。 EVM 设计稳定。 EVM 的输出不会振荡、而且它将在单个脉冲瞬态后返回干净的调节。
20A 负载阶跃瞬态响应和增益相位波特图显示了100kHz 的带宽和50度的相位裕度、如 EVM 用户指南( https://www.ti.com/lit/ug/sluuck9/sluuck9.pdf#page=12)的图3-8和3-9所示
阻抗峰值不是稳定性问题。 不过、如果1.44MHz 的输出端存在负载电流、则1.44MHz 的输出纹波或噪声可能比其他频率下更高、因为该频率下的阻抗更高。
例如、如果我们施加一个347ns (1.44MHz 的半个周期)的1A 负载脉冲、由于在1.44MHz 处测得的7mΩ 阻抗、预计会在输出端看到7mV"尖峰"。
这高于在1MHz 下工作的 TPSM843B22的开关频率、此峰值来自输出电容器、而不是 TPSM843B22模块本身。
jianjun huang 说：此阻抗峰值来自哪里？
正如我刚才所说、这来自输出电容器、而不是模块。
来自用户指南原理图- www.ti.com/.../sluuck9.pdf
我们可以看到、输出由4个100μF + 2个10μF + 2个1.0μF + 2个0.1μF 组成
100μF 电容器的自谐振频率为500kHz、在阻抗曲线中形成第一个"谷底"或"峡谷"、其中4个电容器并联、可将阻抗降至约1mΩ
10μF 电容器具有2MHz 的自谐振频率、可在该频率下将输出阻抗降至约1.8mΩ
但自谐振频率之间的间距会在它们之间的几何平均值处产生峰值阻抗-我们在1.44MHz 的7mΩ 处测量该阻抗。
实际情况是电容器(ESL)的寄生电感和两个电容器在1.44MHz 处来回交换能量。 这被称为"内部电容谐振"、当输出负载为"随机"负载变化时、它将在1.44MHz 的输出纹波频谱中产生"峰值"。
jianjun huang 说：是否有改进的方法？
完全可以！
如果我们添加了一个在(或非常接近) 1.44MHz 处具有自身自谐振频率的电容器、它会降低1.44MHz 处的阻抗并将任何谐振能量传导至接地。 如果我们查看电容器、我们将发现一个47μF 电容器、22μF 电容器将在1.44MHz 任一侧具有自谐振频率。 如果我们可以找到一个、33μF 电容器可能在1.44MHz 处产生共振、该共振大约是100μF 的1/3、是10μF 的3倍。
如果我们将其中一个100μF 电容器更改为47μF 电容器、将另一个10μF 电容器更改为22μF 电容器、我们将减少85μF 总电容、同时显著提高500kHz 至2MHz 之间的阻抗。
jianjun huang 说：在设计过程中有没有办法避免这种情况？
一般而言、最好避免以10：1的比率并联较大的电容器、例如100μF 和10μF 或10μF 和1.0μF。
实际上、如果我们来看看阻抗曲线、我们可以看到10μF 和1.0μF 电容器之间的第二个内部电容谐振位于5MHz 和5mΩ 处(下面以绿色突出显示)
π 电容器的理想间距约为1/μ F -但大多数电容器供应商并不是采用33μF 或3.3μF 封装制造这些较大的陶瓷电容器 、因此我们通常需要稳定约2.2：1 (10至4.7或2.2至1.0)、因此最终得到符合1.0μF 标准的4.7μF、2.2μF、10μF、47μF、22μF 和100μF
您需要走多远？
通常通过0.1μF、电容器的 ESR 已上升到足够高、使电容器具有自阻尼、而且我们看不到电容间谐振。 例如、TPSM843B22EVM 中使用的0.1μF 电容器的 ESR 为30mΩ、自谐振频率为36MHz。 现在、如果您仔细查看30MHz 处的阻抗曲线、您可以看到30mΩ 和30MHz 处有一个非常小的"栓钩"、但不足以在该频率下产生额外的噪声。
