影響電源紋波測(cè)試結(jié)果的因素有哪些？

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某用戶在用500MHz帶寬的示波器對(duì)其開(kāi)關(guān)電源輸出5V信號(hào)的紋波進(jìn)行測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)紋波和噪聲的峰峰值達(dá)到了900多mV（如下圖所示），而其開(kāi)關(guān)電源標(biāo)稱的紋波的峰峰值<20mv。雖然用戶電路板上后級(jí)還有LDO對(duì)開(kāi)關(guān)電源的這個(gè)輸出再進(jìn)行穩(wěn)壓，但用戶認(rèn)為測(cè)得的這個(gè)結(jié)果過(guò)大，不太可信，希望找出問(wèn)題所在。

問(wèn)題分析：電源紋波測(cè)試過(guò)大的問(wèn)題通常和使用的探頭以及前端的連接方式有關(guān)。首先檢查了用戶探頭的連接方式，發(fā)現(xiàn)其使用的是如下面左圖所示的長(zhǎng)的鱷魚(yú)夾地線，而且接地點(diǎn)夾在了單板的固定螺釘上，整個(gè)地環(huán)路比較大。由于大的地環(huán)路會(huì)引入更多的開(kāi)關(guān)電源造成的空間電磁輻射噪聲以及地環(huán)路噪聲，于是更換成如下面右圖所示的短的接地彈簧針。

經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，發(fā)現(xiàn)測(cè)得的紋波噪聲的峰峰值有很大改善，如下圖所示。但紋波噪聲的峰峰值仍然有40多mV，和開(kāi)關(guān)電源廠商標(biāo)稱的<20mV仍有較大差異。

進(jìn)一步檢查用戶使用的探頭的型號(hào)，發(fā)現(xiàn)用戶使用的是示波器標(biāo)配的10:1的無(wú)源探頭。如下圖所示：

10:1的探頭會(huì)把被測(cè)信號(hào)衰減10倍再送入示波器，然后示波器再對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行10倍的數(shù)學(xué)放大。這種探頭的好處是通過(guò)前面的匹配電路提升了探頭帶寬可以到幾百M(fèi)Hz，而且擴(kuò)展了示波器的量程，但是對(duì)于小信號(hào)的測(cè)量不是特別有利。如果被測(cè)信號(hào)幅度本身就小，再衰減10倍可能就淹沒(méi)在示波器的底噪聲里了，即使再做10倍的數(shù)學(xué)放大，對(duì)于信噪比本身也是沒(méi)有改善的。

所以對(duì)于電源紋波噪聲的測(cè)量應(yīng)該盡量使用小衰減比的探頭，比如1:1的探頭。于是另外找了一個(gè)1:1無(wú)源探頭，這種1:1的無(wú)源探頭雖然帶寬不高（通常幾十MHz），但衰減比小，對(duì)于小信號(hào)測(cè)試非常合適。

下圖是換用1:1的無(wú)源探頭后，和10:1 探頭在不同帶寬限制下的對(duì)比測(cè)試結(jié)果?？梢钥吹剑褂?strong>1:1探頭并設(shè)置20MHz帶寬限制后，測(cè)量到的紋波噪聲的峰峰值只有不到10mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好過(guò)10:1探頭的測(cè)試結(jié)果。

從1:1探頭的測(cè)試結(jié)果里可以看到清晰的紋波的波形，并且滿足用戶對(duì)于電源紋波噪聲<20mV的預(yù)期。另外，我們也可以看到，帶寬限制對(duì)于噪聲峰峰值也有一定的改善作用。

問(wèn)題總結(jié)：這是一個(gè)典型的電源紋波測(cè)試的問(wèn)題。我們通過(guò)使用短的地線連接、換用低衰減比的探頭以及帶寬限制功能使得紋波噪聲的測(cè)試結(jié)果大大改善。

一般來(lái)說(shuō)，影響電源紋波測(cè)試結(jié)果的影響因素按照重要性主要有以下幾個(gè)：

①前端連接線和地環(huán)路的長(zhǎng)度

②探頭的衰減比

③帶寬限制

④測(cè)量量程

⑤輸入阻抗

在進(jìn)行實(shí)際測(cè)試之前，一個(gè)比較好的習(xí)慣是先檢查一下當(dāng)前使用的設(shè)備和設(shè)置下的系統(tǒng)的底噪。

如果手頭實(shí)在沒(méi)有合適的低衰減比的探頭，也可以參考下圖用50歐姆的同軸電纜用如下方式自制一個(gè)探頭。實(shí)際上就是把電纜的一頭接在示波器上，示波器設(shè)置為50歐姆輸入阻抗；電纜的另一頭剝開(kāi)，屏蔽層焊接在被測(cè)電路地上，中心導(dǎo)體通過(guò)一個(gè)隔直電容連接被測(cè)的電源信號(hào)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是低成本，低衰減比，缺點(diǎn)是一致性不好，隔直電容參數(shù)及帶寬不好控制。

編輯：黃飛

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