行業：電源适配器  刷新日期:2025年02月24日  發布日期:2017年05月09日  本站網址：www.wo96.cn

　　　紋波是電源的一項電性指标,但如何準確測量紋波確實一個被廣泛忽略的問題.也許您認爲不就是示波器交流耦合,然後把探頭點在電源上嗎?事實遠非如此,這裏将爲您呈現如何準確(què)的用示波器測(cè)電源紋波.

　　　▲探頭的選擇

　　　在十幾年前,很多公司的電源測試标準中都有明確的規定,要求使用1:1 探頭進行測量.因爲這種探頭不會損失示波器的測量檔位,比如示波器原來最小檔位是2mv/div,使用1:1探頭就仍然可以通過這個檔位測量紋波,即可以準確測量出10mv以内的紋波.但是由於(yú)這種探頭的帶寬隻能做到6MHz左右,所以随著(zhe)開關電源頻率的提升,這種探頭便不再适合使用.

　　　目前常用的電源測量探頭是10:1無源探頭、100:1無源探頭、高壓差分探頭.探頭的選擇上首先要考慮電壓範圍,被測電壓不要超出探頭允許的範圍.比如說一般的10:1的無源探頭,其低頻耐壓值是300VRMS,且随著(zhe)頻率的升高而降低,如圖1所示.使用之前要測量信号的電壓範圍在此範圍内,否者将無法進行正確(què)的測量.

無源探頭輸入額定電壓曲線

　　　除此之外,還需要考慮探頭衰減比對底噪的放大,從而判斷信号的真實有效部分.採用探頭測量時的示意圖如圖2所示,其中Gn1是虛拟的一個噪聲源,表示示波器的本底噪聲,而Gn2表示探頭的本底噪聲.由於信号經過瞭(le)探頭的衰減,爲瞭(le)還原真實信号的大小,示波器内部會對信号再進一步放大,而此時Gn1和Gn2也就跟著(zhe)被放大,其放大倍數就是衰減比的倒數.所以衰減倍數越大,其測量系統的本底噪聲也就被放大的越多.

底噪放大示意圖

　　　例如使用500：1高壓差分探頭進行測(cè)量,示波器本底噪聲是1mv,探頭噪聲爲爲1mv,這樣累加噪聲是2mv,再經過500倍的放大,其本底噪聲就達到瞭(le)1V,此時就需要考慮,1V的噪聲是否在允許範圍内.如果您的被測(cè)系統紋波本身也就隻有1V或者更小,那1V的噪聲顯然是不允許的.

　　　▲接地方式的選擇

　　　傳統的使用習慣上,示波器的接地方式就是那根長長的接地夾線.如圖3所示,這種接地方式,確(què)實是一種簡單方便的接地方式,但是卻並(bìng)不是一種嚴謹的、準確(què)的接地方式.

接地夾線示意圖

　　　由於(yú)地夾線比較長,其會形成一個寄生電感Lgnd,随著(zhe)夾線的增長,這個電感也會增大,而這個回路電感會和示波器探頭的輸入電容Cin産生諧振.這就導緻示波器的幅頻特性變得不平坦,導緻測量不準確.其等效電路如圖4所示：

接地夾線等效電路圖

　　　但是這還不是接地夾線最緻命的.開關電源,随著(zhe)開關管的開合,不僅僅産生瞭(le)電源紋波,同時也産生瞭(le)很多電磁幹擾,通過空間進行輻射,而這部分輻射就會被接地夾線與探頭形成的線圈給接收到,再加上示波器是高阻輸入的,就導緻這部分信号對測量的幹擾非常可觀.電磁幹擾雖然也可以說是電源的一項參數,但是這部分信号是無法通過示波器探頭來進行準確測量的,測量出來的值是毫無意義的.

電磁輻射示意圖

　　　因爲以上兩點,所以在測(cè)試電源紋波時,是不應該使用接地夾線的,而應該使用接地彈簧.如圖6所示,這樣既降低瞭(le)環路電感從而保證瞭(le)較好的幅頻特性,又降低瞭(le)電磁輻射的引入.

接地彈簧示意圖

　　　如果是使用的高壓差分探頭,則應該(gāi)将兩根輸入線雙絞在一起,如圖7所示,用以降低環(huán)路面積.

高壓差分探頭輸(shū)入線雙絞(jiǎo)示意圖

　　　▲濾波器的應用

　　　上面講瞭(le)兩種情況,是能夠有效的增強測(cè)量結果真實性的方法.但是有些情況卻無法按這兩點來操作.比如利用高壓差分探頭進行測(cè)量,一般有兩個衰減比可以選擇：50:1（MAX 130V）、500:1（MAX 1300V）.若測(cè)量的電壓是200V,這時便發現隻能選用500:1的探頭衰減比.而按第一部分内容中的計算可知,本底噪聲有1V左右,這個底噪就有些偏大瞭(le),會影響最終的結果.再比如有些測(cè)量情況下不方便固定接地彈簧,而必須使用接地夾線進行固定,但是這樣又會引入大量的電磁輻射幹擾.

　　　這時候就需要使用濾波器瞭(le).噪聲和電(diàn)磁輻射的幹擾也和正常信号一樣,也是分頻段的.如果我們把一部分頻段的噪聲濾除掉,就可以大大降低底噪和輻射幹擾.但是我們又不希望關心的信号被濾除掉,這就需要使用低通濾波器瞭(le).

　　　示波器都會有一個20M帶寬限制的功能,就是爲瞭(le)降低底噪和輻射幹擾,将關心的信号從一堆混亂的信号中摘出來.但是随著(zhe)開關電源頻率的升高,頻率的多樣化,一個固定的20M帶寬限制顯然已經不再夠用瞭(le).這裏用ZDS4000系列示波器來說明下,它集成瞭(le)強大的數字濾波器功能,其通帶頻率可以任意設置,最高到200MHz.圖8和圖9是濾波器對底噪和電磁輻射幹擾的抑制效果.

數字濾波器對底噪的降低

數字濾波器對(duì)電(diàn)磁輻射幹擾的抑制

　　　您在測(cè)量時,隻需要預估一下自己想要測(cè)量的頻率範圍,然後設置好數字濾波器,就可以使你的示波器擁有更低的底噪,使得測(cè)量更加準確(què).

　　　▲在輸出端並聯一個電解電容和一個瓷片電容(後面有一篇文章專門講述瞭這項:爲什麽紋波測試時示波器要並聯電解和瓷片電容)

　　　我們常常可以見到電源适配器測試紋波的一個行業國際标準:使用示波器帶寬爲20MHz 連接到适配器的輸出端,同時輸出端並(bìng)聯一個47uF 的電解電容和一個0.1uF 的瓷片電容.在輸出端並(bìng)聯電解電容(一般是47uF)是爲瞭(le)隔斷直流幹擾,並(bìng)聯瓷片電容(一般是0.1uF)是爲瞭(le)濾掉高頻幹擾,這個幹擾的頻率遠比你所測的紋波頻率要大,最後示波器顯示的讀數就是你要的紋波數據瞭(le)！

輸出端並(bìng)聯一個電(diàn)解電(diàn)容和一個瓷片電(diàn)容示意圖

　　　▲結果的分析

　　　測(cè)量出電源紋波後,ZDS4000系列示波器還具有很多後期數據分析功能如峰峰值統計、最大值統計、最小值統計等.還有強大的FFT功能.可以通過FFT功能,對得到的紋波波形進行頻率上的分析,這樣可以準確(què)的知道每個頻點上的噪聲大小.這樣就可以更加準確(què)的得到由開關引起的紋波大小,如圖10所示：

FFT對紋波結果進行分析

　　　▲以上指出瞭(le)一些測(cè)量電源紋波的一些注意事項,歸納如下:

　　　1、探頭的選擇,需要結合探頭的耐壓範圍和被測(cè)信号的電(diàn)壓範圍來選取,同時還要考慮探頭衰減比對本底噪聲的放大作用.

　　　2、接地方式的選擇,應該盡可能的降低接地回路,如使用接地彈簧.這樣既能改善幅頻曲線,又能降低電磁輻射的幹擾.

　　　3、靈活的使用數字濾波器,将我們需要的信号從“紛紛擾擾”的噪聲中提取出來,使得結構更加精確.

　　　4、在輸出端並聯一個電解電容隔斷直流幹擾,和一個並聯瓷片電容濾掉高頻幹擾.

　　　5、通過FFT的後期分析功能,可以更加準確的測量開關頻率上的噪聲大小.
　　　

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