本文將示範如何單靠一個聲頻產生器（或簡單的訊號產生器）示波器來量度波德圖的關鍵點。內文將逐步解說整個測量方法並佐以大量圖片，可使設計人員能夠在最短時間內掌握到測量的方法。

步驟一：電路的準備

第一個步驟是要斷開電源的回路，以便找出一個切入點注入一個小訊號(small signal)，並用它來測量進出回路的訊號。通常，這個回路的斷點都會選擇在回饋路徑中高邊回饋電阻器上面的低阻抗輸出節點。為了找到這個注入點，節點的一端應該是高阻抗而另一端則是低阻抗。現在選的注入點便具備了這個條件。(圖一)表示一個典型降壓開關模式穩壓器（如美國國家半導體的LM26001）的原理圖和所需的測量裝置。

《圖一　測量的裝設》 - BigPic:599x315

為了要電氣化分開測量點A和B，一個細小的電阻被放置在回饋路徑中，電阻值最好為20Ω。配合這個電阻，經調節的輸出電壓便不會輕易地受到影響，便可建立用來注入小訊號的節點和測量系統。

《圖二　電路板的準備建議》

任何可能與R1回饋電阻器並列的RC相位超前網路均應保持與R1平行，並且不會因加入20Ω的電阻器而受到改變。

(圖二)表示一個優良的機械性測量結構。在電路板上的回授路徑被折斷，而一個20Ω的電阻器被焊接在電路板上。部份的評估板已經預留有一些焊位，可用來放置供測量穩定性用的電阻器。至於其他的電路板，它們相對比較容量地切斷電路板上的回授跡線並通過一個20Ω的電阻器重新連接。對於兩個電壓探針和訊號注入電纜的連接，圖2中的雙絞線便很有用處。這種小型雙絞線對避免雜訊拾波有很好的效果，這對一個良好的測量非常重要。緊密連接的雙絞線可以跨行大約兩英寸而不會出現問題。這種連接方式，將有助來自電壓探針和訊號注入連接器的機械應力，但同時又不會因雙絞線的緊密連接而影響了測量的結果。電壓探針接地連接應該連接到電源電路板上的一個接地。(圖三)表示兩個探針連接到電路板的情況。

步驟二：注入變壓器

注入的訊號必須是與輸出電壓有關的小型訊號，而且它不可以改變電源的大型訊號特性，但它亦必須夠大，以便當它流經回路時可以被偵測的到。可是，它一定不能令到回路改變其特性。例如，一個在回授引腳的過壓保護臨界不應因注入訊號而被觸發。對於流經步驟一所描述的測量電阻器之注入正弦波訊號，其典型大小應處介乎30mV至100mV之間。至於其確實的數值則會取決系統的增益而改變，並會隨著頻率而變化。因此，在開始時應用一個較小的訊號，之後取決需要而加強，直至在示波器上看到注入訊號為止。這樣可確保該訊號在應用中仍然可看作成一個小型訊號。這方面經常會用到注入變壓器，因此不會有一個直流連接從測試中的電源到訊號產生器。在這類測量應用上，市面上有幾種特別的變壓器可供使用，它們均可在寬闊的頻帶範圍內提供一個極平整的電壓傳送。當用一個網路分析儀來自動掃查頻率時，那平整的增益便可帶來好處。對於大部份的應用，尤其是當注入訊號的頻率可人工改動時，變壓器的電壓轉移特徵可經由改變訊號或聲頻產生器的振幅而被均衡化。如此一來，即使是一個不能表現平整電壓轉移曲線的變壓器都可使用，例如是供110V至12V離線轉換用的廉價標準變壓器。(圖三)為範例變壓器。在(圖1)、(圖六)和(圖七)的原理圖中，該變壓器被標示為T1。

《圖三　注入變壓器的裝置和採用美國國家半導體LM26001的開關式電源電路與探針的連接》

步驟三:設定訊號產生器

訊號產生器應該能提供一個正弦波訊號，而其輸出應該與注入變壓器的110V輸入端連接。然後，注入變壓器的輸出電壓應該按訊號產生器的振幅設定來進行調節。這個步驟應該以不同的頻率來測試，以確保訊號產生器的振幅可以調節到不會把電源電路驅動成非線性運作。訊號產生器的輸出訊號之直流偏置電壓應該設定成0V，因為我們只通過注入變壓器來耦合交流電。

步驟四：設定示波器

示波器可以選用類比式或數位式，而最重要的是它擁有兩個具有相同衰減的已校正示波器探針，以便簡化測量的程式。之後，把兩條通道都設定成最高的解析度並同時設定AC耦合。

為了防止開關雜訊占據示波器的畫面和覆蓋波形，需要將探針設定成最低的頻寬極限。此外，為了取得正弦波的最佳觸發圖像，可觸發依附著訊號產生器的第三條通道。基於高頻開關所產生的雜訊拾波，要直接觸發通道A和通道B可能會比較困難，但當直接觸發訊號產生器時，那便可避免這個問題。此外，這種觸發方式並不需要因通道A和B的振幅改變而進行再調節。

步驟五：設定電源

電源必須處於一個可進行穩定性測試的條件，這即意味要供電給電路板和把一個負載依附到輸出上。為了儘量簡化，(圖三)不會顯示出這些電纜的連接。對於測量穩定性，採用不同的負載和線路條件無疑是一個明智的做法。在低輸出負載下，大部份的電源都會進入非連續電流導電模式，以表現出不同的回路特徵。同時在電壓模式下，由於轉換器沒有輸入電壓前饋，故回路特徵將會隨著輸入電壓而改變。在進行測量之前，必須確定已依附著橫越電源頻率注入電阻器的訊號注入變壓器，以及依附著通道A和B的兩個電壓探針。兩個示波器探針的接地應該依附到被測試電源上的共用接地。

步驟六：進行測量

當設定完成並接上電源後，示波器可能會在一條通道上顯示出一條線而在其他的通道上顯示出正弦波。假如正弦波沒有出現，可能表示示波器並沒有設定到最高振幅的解析度（一般情形是每格20mV），也可能是把訊號產生器的振幅設定得太低所導致。一旦示波器出現正弦波，改變訊號產生器的頻率將會導致通道A和B的振幅產生變化。當到達某一個頻率時，通道A和B的正弦波振幅會一樣，而這個點的回路增益是1。這即是說注入系統中的訊號振幅與正通過回路的訊號之振幅是一樣。這個由訊號產生器設定的頻率正是系統0dB的交越(crossover)頻率。

(圖四)顯示在示波器畫面上的通道A和B，當中兩個波形的振幅都是一樣。這正是0dB分頻點的頻率。

《圖四　表示出0dB分頻點的測量》 - BigPic:699x491

在一般的情況下，兩個正弦波都是互相位移，而兩個訊號的相位差振幅便相當於在0dB的交越頻率時的相位邊限。

除了0dB分頻點外，在較低的頻率下有可能錄得其他的關鍵點。通道A和B的振幅差別可給出訊號產生器設定某頻率下時的增益。以下的表列是根據方程式 dB = 20log A/B所引伸出的電壓差別和其相對應的dB數值。

為了繪製出完整的波德圖，訊號產生器的頻率會被掃查，並量度在不同點上的增益，這些增益來自兩條通道之間的振幅關係和相位位移的差別。有時可能很難在波德圖上看得見很大或很小增益的點，應取決於測量用的示波器和回路的增益。例如一個30dB的增益，在示波器上很難看得見通道A和B之間的1:32電壓關係。對於典型的設計，最重要的波德圖點，例如是0dB分頻點等，都可以輕易和比較準確地被量度出來。在較高增益的頻率下，可能很難看得見確實的dB值，但例如是”增益很高或可能超出30dB”之類的定量觀察便很容易做到。

回路測量只可在那些不會振盪或不在磁滯過壓保護模式下才可成功地測量。為了得出一個可進行測量的穩定設計，可以在電流模式控制設計上使用一些妙計。假如設計中的錯誤放大器是一個跨導放大器的話，那便從補償引腳至接地間放置一個大電容；而假如設計中的錯誤放大器是一個標準的電壓到電壓錯誤放大器的話，那大電容便應放置在補償引腳至FB引腳之間。在這方面，1uF的電容一般都會足夠。這樣，將可在很低的頻率下設定一個電極並強迫增益迅速下降，因此0dB都是出現在很低的頻率。在電流模式控制的設計中，在很低頻率下的相位邊限通常都足以給出一個穩定的設計。這個方法可促使發電裝置的增益測量成功地執行。可是，這方法只對繪製補償至輸出圖表有好處，這種圖表可表達功率級轉移函數，而這轉移函數對於為回路選擇合適的補償元件有很大的作用。

步驟七：分析波德圖

在這個測量中，最重要的測量是增益的0dB交越頻率，這資料可提供有關電源頻寬的資訊和系統的相位邊限。

系統頻寬可以被看成是一個由DC增益級和0dB交越頻率頻率的組合。當在這個頻率下比較通道A和通道B的相位位移時，便可量度出系統的相位邊限，而這邊際可反映出電源的穩定性。取決於有關設計的保守程度，相位邊限的最低要求由45至50度，當然如果較大便更好。

(圖五)表示一個用網路分析儀繪製的波德圖，而測量用的是電流模式降壓交換式穩壓器。

《圖五　降壓電流模式開關穩壓器的波德圖》 - BigPic:699x438

此外，在波德圖中亦可找到極點和的零點的頻率，這資料對選擇合適的功率級元件和補償元件很有幫助。

測量發電裝置的轉移函數

除了(圖一)的測量設定外，用來測量進入回路的注入訊號之通道亦可依附到如(圖六)所示的電源設計中的補償引腳。在這個設定中，會測量發電裝置的轉移函數，而且不會受到補償網路依附到補償引腳的影響。這測量可以提供有關功率級的寶貴資訊。憑著這些資訊，便可輕易地為轉換器選擇最合適的補償元件以配合所需的頻寬和相位邊際。

《圖六　用來測量轉換器的設定》

特別輸出級的測量

在本文第一個步驟時已提及在回路上必須找出一個注入節點，該節點的一端必須是低阻抗節點，而另一端則必須是高阻抗節點，以便放置注入電阻器和依附電壓探針供測量之用。在典型的固定輸出電壓電源設計中，最佳的訊號注入點應介乎輸出電壓和高邊回饋電阻器之間。可是，有些設計並不能提供這個點，當中一個例子是用來驅動LED的固定電流源電源。在這個設計中，真正令人注意的回路是經一連串LED來調節的電流。這電流通過一個高邊電流感測器來測量，該感測器可感應LED的電流並把它變換成供回饋節點用的電壓。為了要在回饋路徑中產生出一個一端是低阻抗而另一端是高阻抗的空間，需要在回饋回路中加入一個運算放大器OP1來作為一個緩衝器。這種設定方法的例子為美國國家半導體的LMH6642。假如這放大器所選用的頻率高於轉換器交換頻率的一半時，那在回路上來自這附加級的影響便可減到最小。(圖七)表示這類回路穩定性測量的設定。

《圖七　人工生成注入節點的設定》

總結

一個真正的網路分析儀能夠自動掃瞄一個注入訊號的頻率，並且能輕易地計算出通道A和B之間的相位差和增益。不過，測量電源的控制回路其實亦可使用實驗室中的基本裝置，例如是示波器、一個簡單的訊號產生器和一個廉價的標準變壓器。除了有關電源的線路和負載暫態評估外，在進行這個測量時亦可取得其他非常有用的資料，例如是電源設計的相位邊限等。當在不同的頻率下進行重複的測量後，便可繪製出一個基本的波德圖，而過程中並不需要動用到昂貴的裝置，卻可獲得一定程度準確性的增益計算。