Board pollution - šum v napájení na přístrojové desce

"Board pollution" je šum objevující se různě po desce plošných spojů na napájecích vedeních a vodivé ploše.

Je nesen proudem napájejícím elektronické součástky a jednotlivé funkční komponenty.

S tím, jak se vše zmenšuje a snižuje se velikost napětí potřebného pro napájení součástek, roste vliv tohoto šumu na funkci celého systému.

Osciloskopy Teledyne LeCroy disponují celou řadou nástrojů pro diagnostikování zdroje šumu a pomohou vám vyhodnotit jeho vliv. 

Obrázek 1: Jedno z míst, kde můžeme vysledovat původ Board pollution, je VRM (Voltage Regulator Module), jenž představuje blok převodníků, který poskytuje mikroprocesoru a čipové sadě vhodné napájecí napětí, převádí +3,3 V, +5 V nebo +12 V na nižší napětí požadovaná zařízeními, což umožňuje namontovat zařízení s různým napájecím napětím na stejnou základní desku. V systémech osobních počítačů (PC) je VRM obvykle tvořeno výkonovými MOSFET zařízeními. 

VRM generuje šum, který může vést i k nefunkčnosti celého zařízení, obzvláště když se setká s kapacitancí na desce plošných spojů a dojde k jeho rezonanci a zesílení. Viz obrázek 2. 

Obrázek 2: Další efekty Board pollution můžeme pozorovat z I/O částí systému, kde cokoliv připojíme, může to zanášet šumy do námi testované oblasti. Efekt dolní propusti způsobený indukčností připájených vývodů a oddělovacími kondenzátory odfiltruje část Board pollution vyšších frekvencí, ale stále lze vidět neočekávanou změnu několika desítek milivoltů na úrovni napájení PCB (zelená stopa). Něco podobného můžete potenciálně zaznamenat také na zemi PCB, tento efekt se nazývá ground-bounces. 

Obrázek 3: Signály z jádra procesoru také mohou ovlivnit chod systému. Logická aktivita v jádru se může propojit přes připojení na PCB, ať už přes napěťové sběrnice nebo nějakým jiným způsobem. Tento šum bude mít menší amplitudu než to, co vidíme na jádře, na desce je velký vliv impedance díky samotnému PDN. 

Když tedy dojde k Board Pollution, je na řadě otázka, jak určit pravděpodobný zdroj. Board polution může mít efekt na celý systém, a šum tedy může přicházet doslova odkudkoli. 

Obrázek 4: Nejefektivnější způsob hledání je pomocí spektrální analýzy. Osciloskopy Teledyne LeCroy disponují softwarovým vybavením pro spektrální analýzu naměřeného signálu. Jednotlivé komponenty mají specifické pracovní frekvence a spektrální analýza signálu na napájecí sběrnici nám pomůže určit nejpravděpodobnějšího původce šumu. V tomto případě je znatelný pík na frekvenci 2,4GHz, což je takt jádra procesoru. 

Více o spektrální analýze na osciloskopech Teledyne LeCroy. 

[cit 03.10.2022]