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某用戶在用500MHz帶寬的示波器對(duì)其開關(guān)電源輸出5V信號(hào)的紋波進(jìn)行測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)紋波和噪聲的峰峰值達(dá)到了900多mV（如下圖所示），而其開關(guān)電源標(biāo)稱的紋波的峰峰值<20mv。雖然用戶電路板上后級(jí)還有LDO對(duì)開關(guān)電源的這個(gè)輸出再進(jìn)行穩(wěn)壓，但用戶認(rèn)為測得的這個(gè)結(jié)果過大，不太可信，希望找出問題所在。

問題分析：電源紋波測試過大的問題通常和使用的探頭以及前端的連接方式有關(guān)。首先檢查了用戶探頭的連接方式，發(fā)現(xiàn)其使用的是如下面左圖所示的長的鱷魚夾地線，而且接地點(diǎn)夾在了單板的固定螺釘上，整個(gè)地環(huán)路比較大。由于大的地環(huán)路會(huì)引入更多的開關(guān)電源造成的空間電磁輻射噪聲以及地環(huán)路噪聲，于是更換成如下面右圖所示的短的接地彈簧針。

經(jīng)過實(shí)際測試，發(fā)現(xiàn)測得的紋波噪聲的峰峰值有很大改善，如下圖所示。但紋波噪聲的峰峰值仍然有40多mV，和開關(guān)電源廠商標(biāo)稱的<20mV仍有較大差異。

進(jìn)一步檢查用戶使用的探頭的型號(hào)，發(fā)現(xiàn)用戶使用的是示波器標(biāo)配的10:1的無源探頭。如下圖所示：

10:1的探頭會(huì)把被測信號(hào)衰減10倍再送入示波器，然后示波器再對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行10倍的數(shù)學(xué)放大。這種探頭的好處是通過前面的匹配電路提升了探頭帶寬可以到幾百M(fèi)Hz，而且擴(kuò)展了示波器的量程，但是對(duì)于小信號(hào)的測量不是特別有利。如果被測信號(hào)幅度本身就小，再衰減10倍可能就淹沒在示波器的底噪聲里了，即使再做10倍的數(shù)學(xué)放大，對(duì)于信噪比本身也是沒有改善的。

所以對(duì)于電源紋波噪聲的測量應(yīng)該盡量使用小衰減比的探頭，比如1:1的探頭。于是另外找了一個(gè)1:1無源探頭，這種1:1的無源探頭雖然帶寬不高（通常幾十MHz），但衰減比小，對(duì)于小信號(hào)測試非常合適。

下圖是換用1:1的無源探頭后，和10:1 探頭在不同帶寬限制下的對(duì)比測試結(jié)果。可以看到，使用1:1探頭并設(shè)置20MHz帶寬限制后，測量到的紋波噪聲的峰峰值只有不到10mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好過10:1探頭的測試結(jié)果。

從1:1探頭的測試結(jié)果里可以看到清晰的紋波的波形，并且滿足用戶對(duì)于電源紋波噪聲<20mV的預(yù)期。另外，我們也可以看到，帶寬限制對(duì)于噪聲峰峰值也有一定的改善作用。

問題總結(jié)：這是一個(gè)典型的電源紋波測試的問題。我們通過使用短的地線連接、換用低衰減比的探頭以及帶寬限制功能使得紋波噪聲的測試結(jié)果大大改善。

一般來說，影響電源紋波測試結(jié)果的影響因素按照重要性主要有以下幾個(gè)：

①前端連接線和地環(huán)路的長度

②探頭的衰減比

③帶寬限制

④測量量程

⑤輸入阻抗

在進(jìn)行實(shí)際測試之前，一個(gè)比較好的習(xí)慣是先檢查一下當(dāng)前使用的設(shè)備和設(shè)置下的系統(tǒng)的底噪。

如果手頭實(shí)在沒有合適的低衰減比的探頭，也可以參考下圖用50歐姆的同軸電纜用如下方式自制一個(gè)探頭。實(shí)際上就是把電纜的一頭接在示波器上，示波器設(shè)置為50歐姆輸入阻抗；電纜的另一頭剝開，屏蔽層焊接在被測電路地上，中心導(dǎo)體通過一個(gè)隔直電容連接被測的電源信號(hào)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是低成本，低衰減比，缺點(diǎn)是一致性不好，隔直電容參數(shù)及帶寬不好控制。

編輯：黃飛

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