電源紋波過大的原因及解決方法

大家好，小科來為大家解答以上問題。電源紋波過大的原因及解決方法這個很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、什么是漣漪？

2、由于DC穩(wěn)壓電源一般是由交流電源經(jīng)過整流穩(wěn)壓形成的，所以DC穩(wěn)壓量中難免有一些交流分量，這種疊加在DC穩(wěn)壓量上的交流分量稱為紋波。

3、紋波成分復雜，其形式一般為頻率高于工頻的類正弦波諧波，另一種為脈寬較窄的脈沖波。

4、對于不同的場合，對波紋的要求是不同的。

5、紋波可以用有效值或峰值、絕對量或相對量來表示。

6、比如一個電源在穩(wěn)態(tài)下工作，其輸出為100V 5A，測得的紋波有效值為10mV，為紋波的絕對量，而相對量為紋波系數(shù)=紋波電壓/輸出電壓=10mv/100V=0.01%，等于萬分之一。

7、為什么你的電源紋波這么大？

8、用戶測試其開關電源輸出5V信號的500MHz示波器紋波時，發(fā)現(xiàn)紋波和噪聲的峰峰值達到900 mV以上(如下圖所示)，而其開關電源紋波的標稱峰峰值為20mv。

9、雖然用戶電路板上、下級都有LDO來穩(wěn)定開關電源的輸出，但用戶認為測量結(jié)果過大不可信，希望找出問題所在。

10、問題分析

11、功率紋波測試過大的問題通常與使用的探頭和前端的連接方式有關。

12、首先檢查了用戶探頭的連接方式，發(fā)現(xiàn)它使用了如下左圖所示的長鱷魚夾地線，接地點卡在單板的固定螺絲上，所以整個接地回路比較大。

13、因為大的接地回路會引入更多的空間電磁輻射噪聲和開關電源引起的接地回路噪聲，所以會換成下圖所示的短接地彈簧銷。

14、經(jīng)過實際測試，發(fā)現(xiàn)實測紋波噪聲的峰峰值有了很大的改善，如下圖所示。

15、但紋波噪聲的峰峰值仍在40 mV以上，與開關電源廠的商標20mV仍有較大差別。

16、進一步查看用戶使用的探頭型號，發(fā)現(xiàn)用戶使用的是示波器上1033601標準的無源探頭。

17、如下圖所示。

18、1033601的探頭將被測信號衰減10倍后送入示波器，然后示波器將被測信號數(shù)學放大10倍。

19、這種探頭的優(yōu)點是可以通過前面的匹配電路將探頭的帶寬提高到幾百MHz，擴大了示波器的范圍，但對于小信號測量不是特別有利。

20、如果被測信號本身的幅度很小，如果再衰減10倍，可能會淹沒在示波器的底部噪聲中。即使在數(shù)學上再放大10倍，信噪比本身也不會提高。

21、因此，應盡量使用衰減比小的探頭，如1:1的探頭來測量電源的紋波噪聲。

22、然后又發(fā)現(xiàn)了另一個1:1被動探頭。這款1:1無源探頭雖然帶寬不高(一般幾十MHz)，但衰減比小，非常適合小信號測試。

23、下圖為1:1無源探頭和1033601探頭在不同帶寬限制下的對比測試結(jié)果。

24、可以看出，使用1:1探頭，設置20MHz帶寬限制后，測得的紋波噪聲峰峰值小于10mV，遠優(yōu)于1033601探頭的測試結(jié)果。

25、從1:1探頭的測試結(jié)果可以看到清晰的紋波波形，滿足用戶對20mV紋波噪聲的預期。

26、此外，我們還可以看到帶寬限制也可以提高噪聲的峰峰值。

27、問題總結(jié)

28、這是電源紋波測試的典型問題。

29、通過采用短接地、低衰減比探頭和帶寬限制功能，我們大大改善了紋波噪聲的測試結(jié)果。

30、一般來說，功率紋波測試結(jié)果的影響因素按重要性主要包括以下幾個方面：

31、1.前端連接線和接地回路的長度：長的接地回路會拾取更多的電磁輻射和開關電源的接地噪聲，因此需要使用盡可能短的接地電容

32、2.探頭的衰減比：衰減比大的探頭會使小信號的幅度變?nèi)?，甚至淹沒在示波器的底噪中，因此應盡可能使用衰減比1:1的探頭。

3、 帶寬限制：很多電磁噪聲和示波器的底噪聲都是寬帶的，設置合適的帶寬限制可以濾除額外的噪聲。

34、很多電源紋波噪聲測試場合使用20MHz的帶寬限制，也有些芯片會要求測到80MHz或200MHz。

4、 測量量程：通常會在小量程檔下(比如10mv/格或20mv/格)進行電源紋波的測試。

36、量程打得越大，示波器的底噪聲越高。

37、但有些示波器的偏置范圍有限，在小檔位下時可能不能夠把被測的直流電壓信號拉回到屏幕中心附近進行測量，所以很多時候會使用示波器的AC耦合功能把直流隔離掉再進行紋波噪聲測試。

5、 輸入阻抗：很多示波器有50歐姆和1M歐姆的輸入阻抗選擇，通常50歐姆輸入阻抗下示波器的底噪聲更低。

39、不過示波器連接大部分無源探頭時都會自動把阻抗切換到1M歐姆，只有連接有源探頭或同軸電纜時才可以設置為50歐姆輸入阻抗。

在進行實際測試之前，一個比較好的習慣是先檢查一下當前使用的設備和設置下的系統(tǒng)的底噪聲。

41、下面圖中的5個波形分別是使用500M的S系列示波器在使用不同的探頭和帶寬設置下的底噪聲結(jié)果。

42、波形從上到下依次為：50歐姆輸入阻抗，1:1探頭，500MHz帶寬;1M歐姆輸入阻抗，1:1探頭，20MHz帶寬;1M歐姆輸入阻抗，1:1探頭，500MHz帶寬;1M歐姆輸入阻抗，10:1探頭，20MHz帶寬;1M歐姆輸入阻抗，10:1探頭，500MHz帶寬。

43、其底噪聲的峰峰值從不到1mV直到接近30mV，可見測試中探頭、帶寬、輸入阻抗設置的重要性。

如果手頭實在沒有合適的低衰減比的探頭，也可以用50歐姆的同軸電纜用如下方式自制一個探頭。

46、實際上就是把電纜的一頭接在示波器上，示波器設置為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，中心導體通過一個隔直電容連接被測的電源信號。

47、這種方法的優(yōu)點是低成本，低衰減比，缺點是一致性不好，隔直電容參數(shù)及帶寬不好控制。

48、另外，近些年示波器廠商還推出了專門為電源紋波測試設計的探頭，結(jié)合了低衰減比(1.1:1)、高帶寬(硬件2GHz，可以軟件設置帶寬限制)、兼顧測量需要和噪聲的阻抗匹配(探頭本身直流輸入阻抗為50k歐姆，但示波器端是50歐姆輸入阻抗頻譜)、短地線(提供很低環(huán)路電感的焊接前端)、大偏置范圍(可以到±24V)、可以紋波和直流電壓同時測試等優(yōu)點，適用于對于電源紋波測量要求比較高的用戶。

原文標題：為什么你的電源紋波那么大?

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