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示波器测量电源纹波及噪声的实操方案

时间:2024-07-27      阅读:611

在测试电源波形的时候,我们经常会发现有一些上下波动的现象,有人说这是纹波,有人说这是噪声,那到底是什么呢?

一、纹波?噪声?

      为了弄懂这个问题,我们首先得明白什么是纹波,什么是噪声。

      纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象,因为直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压、滤波等环节而形成的,由于滤波不全面,就会遗留交流成份,这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。


示波器测量电源纹波及噪声


       电源纹波能影响设备性能和稳定性,进而会影响到整个系统的正常运行。通常来说,更加昂贵的线性直流电源纹波小,而经济实惠的开关电源纹波大,所以也更需要关注相关参数。


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       纹波的危害主要有以下几点:首先,纹波会导致电器上产生谐波,还会降低电源的使用效率。高频电源纹波可能会产生浪涌电压或电流,影响设备的正常运行,加速设备老化。电源纹波也会干扰电路的逻辑关系,导致其无法正常工作,还会带来噪声干扰,从而影响信号的测量,甚至会损坏设备。

       噪声则与纹波不一样,不呈周期性的变化。它的产生原因有两种,一种是电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入电源。它可能导致设备性能下降,对灵敏的电子元件和信号传输有干扰,可能会产生杂音、图像不清晰、通信干扰等问题。


二、测量准备

       我们以一个开关电源的电路板为例,这个电路板通电后可以输出6.5V的电压。


示波器测量电源纹波及噪声


       如果想要测量电源纹波和噪声,示波器是很常用的设备,而合适的示波器设置、测量方法是保证正确测量精准的关键。

       示波器测量电源纹波及噪声的实操方案,首先,由于纹波和噪声幅度都比较小,所以我们需要一台精度高的示波器,这次我们选择了SDS800XHD12bit示波器来作为测试示例。


示波器


       在纹波和噪声测量时,还需要对探头进行改装:拔去探头的探钩和接地线,为探头换上接地环。

       如果使用了接地线,由于开关电源的切换会在空间产生大量的电磁辐射,而示波器探头的长地线又恰好相当于一根天线,会把空间的电磁干扰引入到纹波当中,造成纹波、噪声的测量值虚高。


示波器探头


        比较重要的一步是将探头的档位调节至x1档位。这一举措的目的在于降低噪声影响。因为电源纹波、噪声的幅值一般都比较小,如果设置为10:1的话,信号衰减十倍进入仪器,再通过数字计算放大十倍,这个过程会放大很多噪声,从而导致纹波测量值偏高。

        随后,我们将示波器的通道耦合设置为“交流耦合”,滤除信号本身直流分量,减小高频噪声,测量前的准备就基本完成了。


三、纹波测量

      在纹波测试中,需要进行“带宽限制”设置,将示波器的带宽限制在20 MHz。这一操作主要是为了避免数字电路的高频噪声影响纹波的测量,尽量保证测量的准确性。

      在设置完带宽后,接上探头,调整垂直幅度档位至10 mV/div,就能看见纹波的形状了。

      此时,我们还可以打开示波器的“测量”功能,在测量纹波时,我们较为关注“峰峰值”和“均方根(RMS)”,打开测量这两个类目,可以得到示例的电源板的纹波在该次测量结果为:峰峰值20 mV,均方根2.6 mV。


示波器测量电源纹波


四、噪声测量

       噪声测试和纹波测试不同,不需要额外进行“带宽限制,以确保获得真实的噪声情况。

       对电源板接上探头,探头测量的位置可以是芯片引脚,也可以在输出引脚。


示波器测量噪声


       有很多网上的资料说,在芯片引脚上进行测量更有意义,但其实这并不特别准确。具体在哪端测,要看关注的东西。如果关注电源板的性能,在输出引脚测比较合适。如果关注芯片供电端的情况,在芯片引脚测更为合适。测出来的结果受走线上等效、寄生电感电容和有效接收天线等情况影响,略有区别。

       在这里,我们以芯片引脚作为测量点,进行电源噪声测量,以获得自己想要的结果。


示波器测量电源纹波及噪声的实操方案


五、总结

      在进行纹波、噪声测量时,要选取合适的设备,也要进行合理的示波器、探头设置。虽然整个操作过程很简单,但仍有很多重点需要关注。                        


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