一文知道如何测量控制回路的开环特性

一、原理阐述

通过环路特性测量可以精确的得到电源的内在特性参数，是环路稳定性及电路设计的重要参考依据，测量原理及时域和频域特性如图1.1-3示意。1、首先在环路的一端引入一个小幅度的激励信号（sine wave），然后在环路的另一端检测经环路流通之后的激励信号，两者比值就是环路的开环特性；

图1.1 环路特性测量示意2、激励信号可由信号发生器产生，但是不能直接接入电源环路，所以需要一个信号耦合变压器把激励信号耦合到电源环路中去；

3、因为变压器传递的是电流的变化，所以还需要一个小阻值的电阻将电流转化为电压信号，这个转换电阻是图中的Rsense；4、Rsense的阻值选择范围为20~50欧姆，一般选为50欧姆因为这样方便和仪器及同轴电缆的阻抗匹配。虽然Rsense的选值不要求太严格(因其不参与传递函数的计算)，但是过大或过小会导致激励信号失真；5、激励信号的流向如图中箭头所示，环路特性是输出与输入的比值(T/R)；

二、仪器架设

图1.3是使用安捷伦频谱仪E5061B进行环路特性实测的示意图。T1为信号耦合变压器，需要自制；仪器端口LF OUT是激励信号的输出端口，端口R是对激励入口的监测，端口T是激励信号经环路之后的返回值，所以T/R是环路的传递函数；

1、仪器校正在每次仪器开机后、进行实测前，对仪器进行一次有效的校验是一种对测量结果负责的态度。连续测量时，一般只需在开机后进行一次校正即可因为仪器会对校正结果有记忆（关机后记忆消失）。

测试电源环路特性的校正方法是“直通(Through)校正“，首先在变压器的主端加激励（连接至仪器的LF OUT端口)，副端短接。2、保存测试结果和数据1）、测试结果图片保存技巧：把光标1和2分别放置于增益的0dB穿越点和相位的归零点，这样能从图片上读取最丰富的信息。

2）、在正确保存图片的同时建议分别保存增益与相位的数据，仪器支持将数据保存为*.csv格式，方便对数据进行深度挖掘。建议分别测量轻载、半载及满载下的环路特性并按图1.7示意的文件结构进行结果保存。

三、实验结果分析当调试补偿参数时或者对比两种方案的差异时，我们往往需要对环路特性进行深入分析，但是实验中保存的图片只能做定性分析无法定量。为了对环路特性进行定量分析，可将数据导入Excel，然后使用Excel丰富的图表工具复原波特图，如图1.8是两款芯片的对比分析，特性差异一目了然。

三、自制信号耦合变压器信号耦合变压器的大致要求归纳如下：1、在整个测试频率范围内传输响应特性须尽可能平坦，电源的环路特性测试范围一般100HZ~1MHZ；2、变压器的阻抗须在50欧姆左右，与激励源的输出端口阻抗匹配；3、变压器的自感须足够大推荐在mH（毫亨）这个数量级，否则隔离效果不佳从而干扰电路本身的特性参数；

变压器属于非标准件，所以一般需要定制或自制，亲手制作测试工具是工程师的情怀所在，简单记录一下变压器的自制过程。

1、变压器的自感需要在mH这个数量级，如此大的自感值意味着变压器的匝数需要很多，直接手工绕制的话难度会很大。不过运气不错，我们找到一款大感值的Choke，它是用双股漆包线绕制的（天然的匝数比为1:1的信号隔离变压器）。但是单个Choke的感值是200uH左右，所以可以多个串联增加感值（最终用了六颗Choke，再多的话盒子里塞不下了，实测自感值为1.3mH）。

2、制作完毕验证一下变压器的特性：变压器的主端加激励，副端短接（就是直通校正的接法）。

效果还不错，在100HZ至1MHZ范围内特性还算平坦，通过校正可以弥补误差。3、迫不及待的使用实际的电源板进行实测，测试结果平滑，重复多次验证结果稳定有效。

4、封装至一个屏蔽盒子里，写上标签。