引言
在耗电方面，数字蜂窝手机的需求与模拟手机大不相同。其信号发射的“爆发”性要求手机电池提供快速变化的瞬变电流。在生产测试中准确模拟电池性能，要求电源有高带宽(以在大电流瞬变过程中减小手机压降)并带有可以仿真电池阻抗的电路。为达到最高性能，负载的阻抗(包括DUT、电缆以及装置)都必须保持最小化。以获得精确测试结果，电压和电流稳定性(包括抗振荡、过冲、下冲等)。
电气性能的交流模型
图1 展示了生产环境下电源到蜂窝电话的典型连接。图中的每一部分都由一个等效的阻抗元件代表。电源引线和传感引线都是单独的双绞线，带有单位长度阻抗。夹具具有寄生阻抗，而电话作为有源设备将根据操作模式的不同对电源产生宽范围的变阻抗。图2展示的电路描述了一个理想电源，它带有电阻负载和远程传感反馈。其功放部分代表了一个线性或开关电源。
图3用伯德(Bode)图表示了增益和相位性能。使用Bode图，确定了系统的性能和稳定性，增益量将决定电源的精度，高频增益将决定脉冲电流负载引起的压降量。增益越过0dB的点是系统带宽，而该点相位决定系统稳定性。系统要稳定，相位应小于180∮?35沙莆钣畔低场Ｍ?中的系统为单极点系统，图3表明在极点处，系统斜度将改变 -20dB/十倍频程，而相位将减90Ｓ氲ゼ阆煊ο嘤Φ淖畲笙辔谎映傥?0虼烁玫缭床换岢鱿值贾率涑霾晃榷ǖ?80辔灰贫?在电源输出上增加电缆和电容性负载，会在系统闭环响应中增加两个极点。因此，系统性能会直接被电缆和负载特性影响。如果存在足够的电感和/或电容，系统不稳定的可能性就会很高。图4显示了带有串联电缆电感和并联DUT电容的电源。s-平面上两极点的位置形成了一个二阶系统，可由以下特征方程表示：
(1)
其中共振频率(w0)为极点频率，Q被称为极点Q因子。Q因子可以表示为L、C和R的函数：
rad/sec
(2)
极点位置由式(3)确定：
(3)
图5描述了由不同Q 值得到的几种可能响应。
如果Lcable和Cload很小以致fo > BW，这里fo为Lcable和Cload引起的共鸣频率、BW是电源的带宽，那么对于所有正值增益F<180Ｕ馐贝烁涸氐乃彩毕煊钣?即利用了功放级的全部增益）。此时反馈放大器中的零点使w1和wpa之间的增益变得平坦。如果Lcable或Cload大到使fo≤BW，则对于正值增益F≥180低辰涞貌晃榷ā?频率补偿可以用来改进带电抗性负载的电源性能。一种为前馈补偿式电容，如图6所示，电容在有效频率范围内消除了由Lcable和Cload带来的极点的作用。电容的作用是将功放信号直接前馈到反馈放大器的输入端，并保持输出稳定。从而在f>fo时消除Lcable和Cload的影响，系统的带宽也就减小到BW左右，且系统的瞬时反应响应(速度)也相应减慢。图7显示了带频率补偿的系统的闭环增益和相位性能。
改进瞬态性能的技术
前一部分的信息可以用来从几方面改进测试系统的瞬态性能。要获得最好的结果，可以采用旨在优化测试系统全部元件的全新设计，包括夹具及电缆。有些技术可以用来改进现有系统的性能。但DUT的特性是固定的，所以测试工程师几乎无法影响负载的电容。而Rload和Lcable等参数可以在不同程度上进行控制。
为了获得最佳的瞬态性能，并利用电源的全部带宽，我们已知需要fo>BW。假定fo=1/[2p(LC)1/2]，使Lcable和Cload最小可以最大化fo。与Cload不同，测试工程师可以对Lcable进行一定的控制。要最小化负载中的总电感，重要的是使用低阻电缆，并尽量缩短DUT和电源之间的电缆长度。同轴线的特性阻抗给定为Zcable = (L/C)1/2]，并通常为50W或75W。还有一种专门为此种应用设计的特性阻抗为10W的同轴电缆。图8显示了10W同轴电缆和常用的双绞线的增益和相位性能。比较用图10所示10欧同轴线及双绞线的GSM电话的瞬时电流和电压响应。在相同的情况下，低阻电缆在电话进行信号发射的时候对压降和电流过冲的改进接近100%。
如果wpL~ wpC而且Q较大，增加输出电缆的电阻可以改善输出的稳定性。从公式(2)知，R增加使Q减小分离了wpL和wpC在-w轴上的值并降低了在fo的增益峰值。要找出对特定应用合适的R值，可能需要一些实验。影响附加电阻最大值的因素为电源类型及输出电流和电压值。图9显示了某电源系统的增益和相位性能，电源引线中的附加电阻减小了fo处的Q值。
最后，如果电缆和夹具中的电感性已经被减至最小但输出并不稳定，可以使用频率补偿来提高稳定性(但是要损失一些输出带宽）。图10显示了使用15英尺10W同轴线的超高速电源的增益和相位性能。图10a显示了无频率补偿时带0.022mF电容的响应。增益为负且相位达到-180钡钠德始负跸嗤蚁低巢淮笪榷āＭ?0b显示了使用补偿后的响应。在这种情况下，Q被减小，增益峰值减小了些，相位容限有了极大改进。
结语
在生产过程中对数字手机进行精确测试需要具有优秀瞬态性能的高速电源。此外，测试系统的瞬态性能还受到负载阻抗的影响，包括电缆、夹具以及DUT。使用Bode图分析是为了显示不同的负载阻抗对于系统闭环响应增益和相位的影响。在单纯电阻性负载的情况下，系统输出始终稳定。如果负载包括了电缆中的串联电感以及DUT中的并联电容，输出的稳定性就取决于电感和电容引起的极点的位置。在一些情况下，可以增加电缆的电阻来减小Q以增加稳定性。在电源和DUT之间使用短线或低阻抗线也可以帮助提高输出稳定性。最后，如果在尝试了所有可能的设计改进之后输出还是不稳定，可以在电源中使用频率补偿电路来改进稳定性，但是要牺牲输出带宽。■