測量DC/DC電源的紋波和噪聲沒有一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。不同廠家的測試環(huán)境以及測試標(biāo)準(zhǔn)都不太一樣，導(dǎo)致很多人很迷惑。接下來PRBTEK給大家分享一隨著開關(guān)頻率和開關(guān)速度不斷的提升，在使用開關(guān)型的DC/DC電源的時候，要特別關(guān)注輸入輸出電源的紋波。個簡單可靠的電源紋波的測試方法。

1、無源探頭DC耦合測試

使用無源探頭DC耦合測試，示波器內(nèi)部設(shè)置為DC耦合，耦合阻抗為1Mohm，此時無源探頭的地線接主板地，信號線接待測電源信號。這種測量方法可以測到除DC以外的電源噪聲紋波。

如下圖所示，當(dāng)采用普通的鱷魚夾探頭時，由于地和待測信號之間的環(huán)路太大，而探頭探測點(diǎn)靠近高速運(yùn)行的IC芯片，近場輻射較大，會有很多EMI噪聲輻射到探頭回路中，使測試的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。為了改善這種情況，推薦用無源探頭測試紋波時，使用圖中的探頭，將地信號纏繞在信號引腳上，相當(dāng)于在地和信號之間存在一個環(huán)路電感，對高頻信號相當(dāng)于高阻，有效抑制由于輻射產(chǎn)生的高頻噪聲。更多時候，建議測試者采用第三種測試方法，將一個漆包線繞在探頭上，然后將漆包線的焊接到主板地網(wǎng)絡(luò)上，移動探頭去測試每一路電源紋波噪聲。同時無源探頭要求盡量采用1:1的探頭，杜絕使用1:10的探頭。

無源探頭地線兩種處理方法：

對于示波器，若垂直刻度為xV/div，示波器垂直方向為10div，滿量程為10xV，示波器采樣AD為8位，則量化誤差為10x/256 V。例如一個1V電源，噪聲紋波為50mV，如果要顯示這個信號，需要設(shè)置垂直刻度為200mV/div，此時量化誤差為7.8mV，如果把直流1V通過offset去掉，只顯示紋波噪聲信號，垂直刻度設(shè)置為10mV即可，此時的量化誤差為0.4mV。

使用無源探頭DC耦合測試，示波器設(shè)置如下：

(1)1Mohm端接匹配;(2)DC耦合;(3)全帶寬;(4)offset設(shè)置為電源電壓;

2、無源探頭AC耦合測試

使用無源探頭DC耦合需要設(shè)置offset，對于電源電壓不穩(wěn)定的情況，offset設(shè)置不合理，會導(dǎo)致屏幕上顯示的信號超出量程，此時選擇AC耦合，使用內(nèi)置的擱置電路來濾去直流分量。

3、 同軸線外部隔直電容DC50歐耦合測試

由于無源探頭的帶寬較低，而電源開關(guān)噪聲一般都在百M(fèi)Hz以上，同時電源內(nèi)阻一般在幾百毫歐以內(nèi)，選擇高阻1Mohm的無源探頭對于高頻會產(chǎn)生反射現(xiàn)象，因此可以選擇用同軸線來代替無源探頭，此時示波器端接阻抗設(shè)置為50歐，與同軸線阻抗相匹配，根據(jù)傳輸線理論，電源噪聲沒有反射，此時認(rèn)為測量結(jié)果最準(zhǔn)確。

利用同軸線的測量方法，最準(zhǔn)確的是采用DC50歐，但是大部分示波器在DC50歐時offset最大電壓為1V，無法滿足大部分電源的測量要求，而示波器內(nèi)部端接阻抗為50歐時，不支持AC耦合，因此需要外置一個AC電容，如下圖所示，當(dāng)串聯(lián)電容值為10uF時，根據(jù)表1可以看到，此時可以準(zhǔn)確測試到2KHz以上的紋波噪聲信號。

4、同軸線AC1M歐耦合測試

由于從PMU出來的電源紋波噪聲大多集中在1MHz以內(nèi)，如果采用同軸線DC50外置隔直電容測量方法，低頻噪聲分量損失較為嚴(yán)重，因此改用下圖所示的測量方法，利用同軸線傳輸信號，示波器設(shè)置為AC1M，這樣雖然存在反射，但是反射信號經(jīng)過較長CABLE線折返傳輸后，影響是有限的，示波器在R2上采集電壓值可以認(rèn)為仍然可以被參考。

同軸線AC1M測量圖

為了避免反射，在同軸線接到示波器的接口處端接一個50ohm電阻，使示波器輸入阻抗和cable線特征阻抗匹配。

同軸線AC1M測量改進(jìn)圖

5、差分探頭外置電容DC耦合測試

由于示波器的探頭地和機(jī)殼地通過一個小電容接在一起，而示波器的機(jī)殼地又通過三角插頭和大地接在一起，在實(shí)驗室里，幾乎所有的設(shè)備地都和大地接在一起，示波器內(nèi)部地線接法如下圖所示，因此上面介紹的兩種方法都無法解決地干擾問題，為了解決這個問題，需要引入浮地示波器或者差分探頭。

示波器內(nèi)部地線接法

由于差分探頭為有源探頭，外置差動放大器，可以將待測信號通過差分方式接入，使示波器的地和待測件地隔離開，達(dá)到浮地效果。但是差分探頭在示波器內(nèi)部只能DC50歐耦合，而offset最大一般不超過1V，因此需要在差分探頭上串聯(lián)隔直電容。使用差分探頭測量時關(guān)鍵是探頭的CMRR要足夠大，這樣才能有效抑制共模噪聲。

下面總結(jié)一下正確的測量DC/DC開關(guān)電源紋波和噪音的方法。

1) 限制示波器帶寬為20MHz(大多中低端示波器檔位限制在20MHz，高端產(chǎn)品還有200MHz帶寬限制的選擇)，目的是避免數(shù)字電路的高頻噪聲影響紋波測量，盡量保證測量的準(zhǔn)確性。

2) 設(shè)置耦合方式為交流耦合，方便測量(以更小檔位來仔細(xì)觀測紋波，不關(guān)心直流電平)。

3)保證探頭接地盡量短(測量紋波動輒上百mV的主要原因就是接地線太長)，盡量使用探頭自帶的原裝測試短針。如果沒有測試短針，可以拆除探頭的接地線和外殼，露出探頭地殼，自制接地線纏繞在探頭地殼上，保證接地線長度小于1cm。

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審核編輯：湯梓紅