教大家如何使用示波器調試電源固件

作者：Ian Bower 德州儀器

依本人之見，示波器是調試模擬電源的最好工具，對于數(shù)字控制電源而言也是如此。通過代碼進行單步執(zhí)行不是一個可行的辦法，因為這很容易燒掉 FET。然而，數(shù)字系統(tǒng)的挑戰(zhàn)在于很多信號在芯片內部消失。敬請使用 UCD3138 PFC EVM 用戶指南，這里有幾個可演示固件控制 PFC 的方框圖實例。

首先是芯片外部硬件中所發(fā)生情況的原理圖：

您可以看到固件外部仍有可使用示波器進行監(jiān)控的模擬信號。另外，您是否注意到方框底部輸出的信號？這些信號將進入 UCD3138 數(shù)字控制器并由固件處理，請看下圖。

方框中的每個箭頭都代表一個通過下面所述方法送出到器件引腳并由此送到示波器的內部信號。但始于 COMP_D、E 及 F 這 3 個比較器的信號除外，它們全都是代表變量的“模擬”信號。

用于送出信號的兩種簡單方法：

對于“模擬”值來說，應將信號發(fā)出到 PWM 引腳上，可能會采用簡單的 RC 濾波器；

對于內部事件以及比較器信號等數(shù)字信號而言，應連接 I/O 線路。

我把這種方法叫做“儀器檢測代碼”。對于需要同步考慮固件狀態(tài)和外部模擬信號狀態(tài)的電源來說，這種方法非常實用。

在開發(fā)早期 PFC 代碼時，儀器檢測代碼對于回答一些重要問題具有不可估量的作用。對于模擬值來說：

ADC 是否真的在正確讀取 AC 線路電壓？（ADC07、ADC08）

AC 周期內電流環(huán)路上輸入誤差的波形是什么？（Fe0）

慢電壓環(huán)路的輸出是什么？是否有噪聲？（PI（Gv））

慢電壓環(huán)路的積分項在輸入與輸出瞬態(tài)過程中起什么作用？（內部 PI（Gv））

而對于 I/O 引腳而言：

在瞬變過程中慢電壓環(huán)路何時進入非線性模式？

針對用于進行瞬態(tài)處理的慢電壓環(huán)路提供的高級算法效果怎樣？

我們何時檢測功率損耗邏輯中的功率損耗？

我們何時檢測 AC 半周期的結束？

這些實例來自 PFC，但許多年來我在各種場合都應用過這些方法，從新器件上的芯片調試到調試排除生產過程中固件出現(xiàn)的新問題，都有嘗試。

TI UCD3138 上的 PWM 引腳（我們稱其為 DPWM）支持 2MHz 的脈沖頻率以及 250psec 的脈寬分辨率。這可提供足夠的帶寬和分辨率來采用簡單 RC 濾波器外部監(jiān)控固件內部的大部分信號，從而可濾出脈沖。

有時候在真的需要詳細信息時，我就捕獲原始 PWM 脈沖，并對每一個進行測量，以獲得逐個樣片信息。我之所以推薦這種方法，是因為便于在固件中添加失調與縮放功能，以便針對感興趣的信號波幅使用 PWM 范圍?？蓪⑦@看成示波器上的固件版本位置與 volts/div 開關旋鈕。

要實現(xiàn)這些技術，需要使用前瞻性電路板布局。即使您正在努力縮小電路板尺寸，也要在那些未使用 PWM 與 I/O 引腳的電路板上擠入極小的測試焊盤。如果這與之前的設計有很大的出入而且沒有任何備用引腳，您可能需要考慮使用比量產器件引腳數(shù)更多的器件來完成第一塊電路板設計。

閱讀原文： http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2013/12/12/how-to-debug-power-supply-firmware-with-an-oscilloscope.aspx

編輯：jq