开关电源的纹波测试

只看该作者 · 2023-4-16 20:36

电路中用到直流电源，就需要测量电源的纹波。尤其是使用高频开关电源，会造成输出电压的纹波值很高，会导致后级用电芯片工作异常。所以测量电源纹波是硬件工程师的必备技能，测量纹波只需要一台示波器就可以。但是不正确的测试方式，会导致测试值相差很大。

测量纹波之前需要将示波器正确设置，首先示波器的测量通道需要设置成交流耦合，如果是直流耦合测量，那么纹波叠加在直流值上面，示波器的刻度比较大。就不容易看到纹波分量的细节。随后将带宽限制功能设置为20MHz，这个作用是相当于一个低通滤波器，20MHz的频率对应的增益-3dB的时候。带宽限制的作用主要是减少高频噪声对测量的影响，防止空间高频干扰耦合进去，影响正常的纹波测量。然后就示波器探头比例设置在X1，当然探头上的比例也设置为X1.这是由于X10挡探头带宽大，测定的噪声要多很多，由于纹波测量的时候频域范围X1挡探头的带宽就够用，因此为了测量纹波噪声的精确，一般用X1就够了。但并不是所有场合X1挡探头都合适，比如测量晶振频率的时候，就要用X10挡探头.这是因为晶振频率都是高频信号，而X1探头的带宽小，其低通特性的截止频率低于晶振频率，就会将晶振的频率给滤除，所有就需要使用高带宽的X10探头。

在测量纹波的时候，不能像测量直流信号，将地线夹子随意连接到电路板的GND上。这是因为地线夹子过长，组成了很大的环路，很容易耦合到空间高频噪声。如果使用地线夹子测量，在示波器上看到那种无规律的高峰毛刺，不要马上怀疑电路板的纹波过大。这时候只要减小地线长度，就能消除耦合噪声。一般都会用下图的接地弹簧替代地线夹子，将接地弹簧点在测量点最近的GND上，就是输出电压的陶瓷电容GND。毕竟纹波测量点就是要选择靠近负载最近的地方。但这种测量方式，很不方便，接地弹簧不能很好的固定，由于接地弹簧表面经过处理，也不容易上锡，也就不能焊接到电路板。测试的时候一不留神就容易短路，纹波还没测到，电路板就烧了。

所有我在测量的时候，喜欢用短地线探针探头适配器，外圈是GND，中间是信号，再焊接处两根短线，分别对应GND和信号电压，需要测量什么地方，就对应焊接到哪里。测量的精度还是很准确的。

除此之外，有些电源芯片的应用指导文档，会给出建议：测量纹波的时候，需要在输出电压和GND之间再并联一个47uF的电解电容和100nF的陶瓷电容。这个一般是在使用示波器自带的地线夹子的时候使用，其目的形成低通滤波器，就是为了滤除空间耦合的高频噪声。如果使用接地弹簧或者短地线探针探头适配器的话，就不会耦合高频噪声，也就不再需要并连电容。