一、项目背景和客户需求

　　西北地区一家做通信基站电源和射频单元供电模块的通信公司，正在做新一代 DC-DC 电源模块的定型验证。这个项目要测模块的环路增益和相位裕度，同时测输入输出电压电流和整机效率，测试周期预计是 1 个月。

　　客户实验室原有的设备是一台老式频谱仪加一台普通万用表，频谱仪测不了环路相位，万用表只能测稳态值。环路稳定性的数据一直是靠仿真出来的，实测环节空着，这个项目客户想补上实测。如果新购一台环路分析仪加一台六位半万用表，设备采购成本在十几万。这个项目是模块定型前的集中验证任务，1 个月做完就结束，客户工程师判断直接采购不经济，然后就转向了租赁方案。

　　客户提出来的测试需求比较明确：

　　要测 DC-DC 模块的环路增益曲线和相位曲线，读出穿越频率、相位裕度和增益裕度;

　　环路测量的频率范围要覆盖几十 Hz 到几百 kHz，低频段和高频段都要看;

　　要测模块的输入输出电压、输入输出电流，算整机效率;

　　要测轻载和满载下的电压精度，读数精度要够，普通三位半的表不够用。

　　二、方案选型过程

　　接到客户咨询之后，我们的工程师先没有直接报租赁价格，然后和客户的电源开发负责人通了一次电话，逐项确认了下面这些参数。

　　第一，环路测量的频率范围。客户的模块开关频率在几百 kHz，环路穿越频率在几十 kHz，工程师选了 OMICRON Lab Bode 100 环路分析仪，频率范围覆盖 1 Hz 到 40 MHz，低频段的环路特性和高频段的开关纹波抑制都能扫出来。

　　第二，动态范围。客户要看低频段的环路增益，低频增益往往在六七十 dB 以上，工程师确认 Bode 100 的动态范围是 100 dB，低频增益和高频段的增益衰减能在一条曲线上完整显示，不用分段拼。

　　第三，注入方式。环路测量需要在反馈回路上注入小信号扰动，工程师配套了宽带注入变压器和注入电阻，客户把注入点设在反馈分压电阻的上端，用小信号串进去，不会改变模块的直流工作点。

　　第四，万用表的精度。客户要算效率，输入输出电压电流的读数精度直接影响效率结果的可靠性，工程师配了是德科技 34465A Truevolt 6½ 位数字万用表，基本 1 年 DCV 精度 30 ppm，六位半分辨率，电压和电流读数都能稳定到小数点后好几位。

　　第五，数据记录。客户要连续记录负载变化过程中的电压电流，工程师确认 34465A 最高 50000 读数每秒，内置 50000 个读数的内存，也可以通过 LAN 接口把数据实时传到电脑。

　　最终选型方案是这样：OMICRON Lab Bode 100 环路分析仪 1 台，配套宽带注入变压器和注入电阻;是德科技 34465A Truevolt 6½ 位数字万用表 1 台，配套四线测试线和分流器，租赁周期 1 个月。

　　三、租赁交付和全程技术指导

　　设备发货之前，我们的工程师先对两台设备做了一次完整的开机自检，Bode 100 的通道校准和 34465A 的零点核查都做过了，注入变压器也测了频响，然后才打包发往客户实验室。

　　设备到场之后，客户工程师第一次测环路就遇到了一个问题：扫出来的增益曲线在低频段一路往下掉，相位曲线在低频段直接从 - 180 度开始，和仿真结果完全对不上。客户技术负责人把曲线截图发给我们。我们的工程师远程看了一眼接线照片，判断是注入点接错了。客户把注入变压器串在了输出电容后面，这个位置测到的是输出阻抗特性，不是环路特性。工程师指导客户把注入点挪到反馈分压电阻的上端，把注入电阻串在分压电阻和输出电压采样点之间，然后重新扫。改完之后，低频增益到了六十几 dB，相位曲线从 0 度附近起步，曲线形状和仿真基本吻合了。

　　第二个问题出现在注入幅度上。客户为了看清楚曲线，把注入电平调得比较大，结果相位裕度的读数比实际值小了很多，而且每次扫出来的结果都不一样。我们的工程师远程看了一眼设置，判断是注入幅度太大，模块进入了非线性区，环路在大信号下已经不是小信号模型了。工程师指导客户把注入电平降到 10 mV 到 20 mV 之间，在这个电平下多扫几次，看曲线是否重复。调整之后，同一工况下三次扫描的相位裕度读数都在 1 度以内，数据可以用了。

　　第三个问题出现在效率测量上。客户一开始用万用表的电流档直接串在输入回路里测电流，测出来的输入电压比实际值低了一截，算出来的效率偏高。我们的工程师远程看了一眼接线，判断是电流档的内部分流电阻带来了压降，输入电压低的时候这个压降占比不小。工程师指导客户改成用分流器或者四线接法，电压档单独测输入电压，电流用分流器上的压降换算，两路读数分开采。调整之后，效率数据回到了合理范围，和客户用功率计交叉验证的结果一致。

　　整个 1 个月租赁期间，客户在环路多点工况对比、负载瞬态记录、数据导出和报告整理这些环节上又陆续问过几次问题，我们的工程师都在当天做了远程回复。租赁期间全程技术指导是安泰测试科技的标配服务。

　　四、实施结果

　　客户用这两台设备在 1 个月内完成了 DC-DC 电源模块的全部稳定性验证：

　　测了三款样机在轻载、半载和满载工况下的环路增益和相位曲线，读出了穿越频率、相位裕度和增益裕度，其中一款在轻载下相位裕度只有三十几度，客户调整了补偿网络之后复测到了五十度以上;

　　记录了负载阶跃过程中的输出电压波动和恢复时间，给输出电容的选型提供了实测数据;

　　测了输入输出电压电流，算出了不同负载点的整机效率，画出了效率曲线，满载效率比上一代产品提高了将近两个百分点;

　　所有曲线和表格整理成了验证报告，直接用于模块的定型评审。

　　项目结束之后，设备按期退回安泰测试科技库房，客户没有产生设备采购和后续校准的负担。客户技术负责人反馈，租赁方案让他们在这个月的定型验证里把环路实测这一块补上了，而且远程技术指导帮他们在注入点、注入幅度和效率接线这三个环节上少走了弯路，其中注入点接错那次，如果不纠正，整份环路数据都是错的。

　　五、这套租赁方案适合哪些场景

　　Bode 100 环路分析仪加 34465A 万用表的组合，适合下面几类测试任务：

　　开关电源、DC-DC 变换器和 LDO 稳压器的环路稳定性测量，评估相位裕度和增益裕度;

　　通信基站电源、服务器电源和工业电源模块的定型验证;

　　电源模块的效率、电压精度和负载调整率测试;

　　电容、电感和滤波器的阻抗特性测量，低频到几十兆赫兹一次覆盖;

　　高校和科研院所在电力电子、电源设计课题中的频率响应分析。

　　如果你的项目周期在 1 到 3 个月之间，需要测电源环路特性或者做高精度电压电流测量，实验室现有设备覆盖不了，可以考虑租赁方案。安泰测试科技的工程师会先和你确认开关频率、环路穿越频率和测量精度要求，然后给出对应的配置方案。

　　六、常见问题

　　问：Bode 100 和普通频谱仪、网络分析仪有什么区别?

　　答：频谱仪只能看信号的频域幅值，测不了相位，环路稳定性必须同时有增益和相位两条曲线，频谱仪做不了。普通射频网络分析仪的频率下限一般在几十 kHz 以上，看不到低频段的环路增益。Bode 100 的频率范围从 1 Hz 起，就是为电源环路这种低频段测量设计的。

　　问：环路测量的注入点应该设在哪里?

　　答：一般设在反馈分压电阻的上端，把注入电阻串在输出电压采样点和分压电阻之间，用变压器把一个小信号扰动串进去。这样注入的信号直接叠加在反馈回路上，不改变模块的直流工作点。接在输出电容后面测到的是输出阻抗，不是环路特性，这一点很容易搞错。

　　问：注入幅度设多大合适?

　　答：注 injected 信号要足够小，保证模块还工作在小信号线性区。一般从 10 mV 到 20 mV 开始试，在这个电平下多扫几次，看曲线是否重复。幅度太大模块进入非线性，相位裕度的读数会明显偏小;幅度太小信噪比不够，曲线会有毛刺。

　　问：测效率的时候电流怎么接才准?

　　答：不要用万用表的电流档直接串在回路里，电流档的内部分流电阻会带来压降，输入电压低的时候这个压降会把效率算高。建议用分流器测电流，或者用四线接法把电压采样点和电流回路分开。两路读数分开采集，再自己算效率。

　　问：两台设备需要配合使用吗?

　　答：环路测试用 Bode 100，效率和工作点测量用 34465A，两者是分开测的，但通常在同一个工况下一起做。建议先用万用表把模块的工作点确认好，稳定之后再扫环路曲线，这样曲线对应的工况是明确的。

　　问：租赁流程大概是什么样?

　　答：客户先把测试需求发给我们，工程师确认开关频率、环路穿越频率和测量精度要求，然后给出配置方案和租赁报价。确认方案之后我们发货，设备到场后工程师远程协助接线和基础设置。租赁期间有技术问题随时联系工程师。项目结束之后安排退租。