什么是环路响应

环路分析的一个重要作用就是分析开关电源的稳定性。扫频测试原理主要是给开关电源电路注入一个频率变化的正弦信号，测量开关电源在频域上的特性，通过分析穿越频率、增益裕度和相位裕度来判断环路是否稳定，可以为电子工程师设计稳定的控制电路提供直观的数据。

开关电源的稳定性关系到整个应用系统的可靠性，利用伯德图可以看出在不同频率下系统增益的大小和相位。通过伯德图来对开关电源的环路稳定性进行判断和分析已经成为评估开关电源可靠性必不可少的方法。

在研发期间，反复的修改和调试电路时，环路分析可以提供直观的数据对比，同时测量非常便捷，能快速的判断系统是否达到稳定状态，增强工程师对设计产品的信心。

怎么测环路响应

开关电源实际上是一个包含了负反馈控制环路的放大器，会放大交流信号并对负载变化作出反馈响应。为了完成控制环路响应测试，需要把一个扰动信号注入到控制环路的反馈路径中。整个测试工作就分为了三个重点部分：扰动信号、信号注入、信号测试

扰动信号：通常是指幅度和频率变化的正弦波信号，由测量设备中的信号发生器产生。同时为了不产生任何的直流偏置，需要通过隔离变压器给反馈环路注入扰动信号

信号注入：反馈路径就是电阻RFBT和RFBB组成的电阻分压网络，但是扰动信号不能直接加在反馈电阻上，需要把一个阻值很小的注入电阻插入到反馈环路中，才能注入扰动信号，即上图中电阻RING。

注意插入电阻的位置为输出Vout到上反馈电阻RFBT之间

信号测试：信号的测量点也是选取在注入电阻的两端，两路探头同时测量激励和响应幅度，计算增益，以及激励和响应之间的相位延迟，从而得到我们想要的BODE图。

目前市面上能够进行环路分析测试的设备大致分为三种：

专用测试设备Bode 100；

网络分析仪VNA；

具备环路分析功能的示波器；

Bode-100

Bode 100是omicron公司生产的一种多功能环路分析仪，集频率响应分析仪、矢量网络分析仪和阻抗分析仪于一身，测量的频率为1Hz-50MHz。

在电源测试中，主要应用频率响应分析仪和阻抗分析仪。

频率分析仪可做如下测量：

电源环路稳定性；

电路传递函数；

电源抑制比；

阻抗分析仪可做如下测试：

磁性元件阻抗；

电容寄生参数；

石英晶体阻抗；

输入输出阻抗；

Bode 100 主要由上位机软件和硬件两部分组成。

硬件部分：由Bode100分析仪和注入变压器B-WIT 100两个部分组成，如下图所示

图：Bode 100分析仪

图：注入变压器B-WIT 100

准备两只10:1 普通示波器探头，红色和黑色香蕉型钩子一对，一条BNC 线。一只示波器探头连接CH1，另一只示波器探头连接CH2，主机的OUTPUT 端口与B-WIT100 Input端之间用BNC 线连接起来。通过软件将环路响应情况绘制在波特图上，如下图所示：

图：Bode 100 接线示意图

图：Bode 100 实物接线图

按照上述搭好环境，且在上位机配置正确的参数后，启动测试后就可得到下面的环路分析图

图：环路响应分析图（Bode 100）

网络分析仪

网络分析仪主要用于射频参数的测量，最初只是测量S参数。现如今，大多数网络分析仪都是矢量网络分析仪---可以同时测量幅度和相位，用于表征S参数、匹配复数阻抗、增益相位测量、TDR测量以及进行时域测量等。

特别说明，并不是所有的VNA都支持环路分析。下面以Keysight的E5061B为例，

E5061B为四端口VNA，环路分析用到的是其低频测量端口（T、R、LF），其频率范围为5Hz-30MHz。同样除了E5061B VNA，还需要一个隔离变压器。

图：四端口网络分析仪（VNA）

扰动信号从LF OUT端口输出，经过隔离变压器注入到反馈环路中。T、R为测量端口，分别接入注入电阻两端。

图：网络分析仪接线示意图

在VNA配置参数后，就可以得到环路响应数据

图：环路响应分析图（网络分析仪）

示波器

目前示波器除了基础的测量功能外，还配置了许多电源测量功能，环路分析就是其中重要的一个功能，如我们常见的泰克、是德科技、鼎阳、ZLG、RIGOL都具备了这项功能，大大减低了测量要求。

下面以RIGOL示波器作为示例，接线方式和要求和上面保持一致，使用示波器自带的信号发生器产生扰动信号，使用示波器探头进行注入端和反馈端的信号测量。

图：示波器接线示意图

图：示波器实物接线图

图：环路响应分析图（示波器）

不过要注意的是电源测试属于选配功能，需要单独购买。

目前市面上能够测试环路响应的方法基本上就是以上这些，对于bode图的判断要求基本有如下几点：

● 穿越频率建议为开关频率的穿越频率建议为开关频率的1/20至至1/5。

● 相位裕度应大于相位裕度应大于45° ，建议在45°至80°之间。

● 增益裕度建议大于增益裕度建议大于10dB。

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硬件测试入门-环路响应(Bode)测试