如何解決開關(guān)電源產(chǎn)生的紋波諧波和噪聲干擾

紋波

紋波：是附著于直流電平之上的包含周期性與隨機(jī)性成分的雜波信號。指在額定輸出電壓、電流的情況下，輸出電壓中的交流電壓的峰值。狹義上的紋波電壓，是指輸出直流電壓中含有的工頻交流成分。

噪聲

噪聲：對于電子線路中所標(biāo)稱的噪聲，可以概括地認(rèn)為，它是對目的信號以外的所有信號的一個總稱。最初人們把造成收音機(jī)這類音響設(shè)備所發(fā)出噪聲的那些電子信號，稱為噪聲。但是，一些非目的的電子信號對電子線路造成的后果并非都和聲音有關(guān)，因而，后來人們逐步擴(kuò)大了噪聲概念。例如，把造成視屏幕有白斑條紋的那些電子信號也稱為噪聲?？赡芤哉f，電路中除目的的信號以外的一切信號，不管它對電路是否造成影響，都可稱為噪聲。例如，電源電壓中的紋波或自激振蕩，可對電路造成不良影響，使音響裝置發(fā)出交流聲或?qū)е码娐氛`動作，但有時也許并不導(dǎo)致上述后果。對于這種紋波或振蕩，都應(yīng)稱為電路的一種噪聲。又有某一頻率的無線電波信號，對需要接收這種信號的接收機(jī)來講，它是正常的目的信號，而對另一接收機(jī)它就是一種非目的信號，即是噪聲。在電子學(xué)中常使用干擾這個術(shù)語，有時會與噪聲的概念相混淆，其實，是有區(qū)別的。噪聲是一種電子信號，而干擾是指的某種效應(yīng)，是由于噪聲原因?qū)﹄娐吩斐傻囊环N不良反應(yīng)。而電路中存在著噪聲，卻不一定就有干擾。在數(shù)字電路中。往往可以用示波器觀察到在正常的脈沖信號上混有一些小的尖峰脈沖是所不期望的，而是一種噪聲。但由于電路特性關(guān)系，這些小尖峰脈沖還不致于使數(shù)字電路的邏輯受到影響而發(fā)生混亂，所以可以認(rèn)為是沒有干擾。

當(dāng)一個噪聲電壓大到足以使電路受到干擾時，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。而一個電路或一個器件，當(dāng)它還能保持正常工作時所加的最大噪聲電壓，稱為該電路或器件的抗干擾容限或抗擾度。一般說來，噪聲很難消除，但可以設(shè)法降低噪聲的強(qiáng)度或提高電路的抗擾度，以使噪聲不致于形成干擾。

諧波

諧波：是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。從廣義上講，由于交流電網(wǎng)有效分量為工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波。

諧波產(chǎn)生的原因：由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，基波電流發(fā)生畸變就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。主要非線性負(fù)載有UPS、開關(guān)電源、整流器、變頻器、逆變器等。

今天此篇文章主要講解開關(guān)電源中的紋波和噪聲

開關(guān)電源（包括AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、AC/DC模塊和DC/DC模塊）與線性電源相比較，最突出的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，一般可達(dá)80%～85%，高的可達(dá)90%～97%；其次，開關(guān)電源采用高頻變壓器替代了笨重的工頻變壓器，不僅重量減輕，體積也減小了，因此應(yīng)用范圍越來越廣。但開關(guān)電源的缺點(diǎn)是由于其開關(guān)管工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，輸出的紋波和噪聲電壓較大，一般為輸出電壓的1%左右（低的為輸出電壓的0.5%左右），最好產(chǎn)品的紋波和噪聲電壓也有幾十mV；而線性電源的調(diào)整管工作于線性狀態(tài)，無紋波電壓，輸出的噪聲電壓也較小，其單位是μV。

簡單地介紹開關(guān)電源產(chǎn)生紋波和噪聲的原因和測量方法、測量裝置、測量標(biāo)準(zhǔn)及減小紋波和噪聲的措施。

紋波和噪聲產(chǎn)生的原因

開關(guān)電源輸出的不是純正的直流電壓，里面有些交流成分，這就是紋波和噪聲造成的。紋波是輸出直流電壓的波動，與開關(guān)電源的開關(guān)動作有關(guān)。每一個開、關(guān)過程，電能從輸入端被“泵到”輸出端，形成一個充電和放電的過程，從而造成輸出電壓的波動，波動頻率與開關(guān)的頻率相同。紋波電壓是紋波的波峰與波谷之間的峰峰值，其大小與開關(guān)電源的輸入電容和輸出電容的容量及品質(zhì)有關(guān)。

噪聲的產(chǎn)生原因有兩種，一種是開關(guān)電源自身產(chǎn)生的；另一種是外界電磁場的干擾（EMI），它能通過輻射進(jìn)入開關(guān)電源或者通過電源線輸入開關(guān)電源。

開關(guān)電源自身產(chǎn)生的噪聲是一種高頻的脈沖串，由發(fā)生在開關(guān)導(dǎo)通與截止瞬間產(chǎn)生的尖脈沖所造成，也稱為開關(guān)噪聲。噪聲脈沖串的頻率比開關(guān)頻率高得多，噪聲電壓是其峰峰值。噪聲電壓的振幅很大程度上與開關(guān)電源的拓?fù)?、電路中的寄生狀態(tài)及PCB的設(shè)計有關(guān)。

利用示波器可以看到紋波和噪聲的波形，如圖1所示。紋波的頻率與開關(guān)管頻率相同，而噪聲的頻率是開關(guān)管的兩倍。紋波電壓的峰峰值和噪聲電壓的峰峰值之和就是紋波和噪聲電壓，其單位是mVp-p。

圖1 紋波和噪聲的波形

紋波和噪聲的測量方法

紋波和噪聲電壓是開關(guān)電源的主要性能參數(shù)之一，因此如何精準(zhǔn)測量是一個十分重要問題。目前測量紋波和噪聲電壓是利用寬頻帶示波器來測量的方法，它能精準(zhǔn)地測出紋波和噪聲電壓值。

由于開關(guān)電源的品種繁多（有不同的拓?fù)?、工作頻率、輸出功率、不同的技術(shù)要求等），但是各生產(chǎn)廠家都采用示波器測量法，僅測量裝置上不完全相同，因此各廠對不同開關(guān)電源的測量都有自己的標(biāo)準(zhǔn)，即企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

用示波器測量紋波和噪聲的裝置的框圖如圖2所示。它由被測開關(guān)電源、負(fù)載、示波器及測量連線組成。有的測量裝置中還焊上電感或電容、電阻等元件。

圖2 示波器測量框圖

從圖2來看，似乎與其他測波形電路沒有什么區(qū)別，但實際上要求不同。測紋波和噪聲電壓的要求如下：

● 要防止環(huán)境的電磁場干擾（EMI）侵入，使輸出的噪聲電壓不受EMI的影響；

● 要防止負(fù)載電路中可能產(chǎn)生的EMI干擾；

● 對小型開關(guān)型模塊電源，由于內(nèi)部無輸出電容或輸出電容較小，所以在測量時要加上適當(dāng)?shù)妮敵鲭娙荨?/p>

為滿足第1條要求，測量連線應(yīng)盡量短，并采用雙絞線（消除共模噪聲干擾）或同軸電纜；一般的示波器探頭不能用，需用專用示波器探頭；并且測量點(diǎn)應(yīng)在電源輸出端上，若測量點(diǎn)在負(fù)載上則會造成極大的測量誤差。為滿足第2點(diǎn)，負(fù)載應(yīng)采用阻性假負(fù)載。

經(jīng)常有這樣的情況發(fā)生，用戶買回的開關(guān)電源或模塊電源，在測量紋波和噪聲這一性能指標(biāo)時，發(fā)現(xiàn)與產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格上的指標(biāo)不符，大大地超過技術(shù)規(guī)格上的性能指標(biāo)要求，這往往是用戶的測量裝置不合適，測量的方法（測量點(diǎn)的選擇）不合適或采用通用的測量探頭所致

幾種測量裝置

1 雙絞線測量裝置

雙絞線測量裝置如圖3所示。采用300mm（12英寸）長、#16AWG線規(guī)組成的雙絞線與被測開關(guān)電源的+OUT及-OUT連接，在+OUT與-OUT之間接上阻性假負(fù)載。在雙絞線末端接一個4TμF電解電容（鉭電容）后輸入帶寬為50MHz（有的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為20MHz）的示波器。在測量點(diǎn)連接時，一端要接在+OUT上，另一端接到地平面端。

圖3 雙絞線測量裝置

這里要注意的是，雙絞線接地線的末端要盡量的短，夾在探頭的地線環(huán)上。

2 平行線測量裝置

平行線測量裝置如圖4所示。圖4中，C1是多層陶瓷電容（MLCC），容量為1μF，C2是鉭電解電容，容量是10μF。兩條平行銅箔帶的電壓降之和小于輸出電壓值的2%。該測量方法的優(yōu)點(diǎn)是與實際工作環(huán)境比較接近，缺點(diǎn)是較容易撿拾EMI干擾。

圖4 平行線測量裝置

3 專用示波器探頭

圖5所示為一種專用示波器探頭直接與波測電源靠接。專用示波器探頭上有個地線環(huán)，其探頭的尖端接觸電源輸出正極，地線環(huán)接觸電源的負(fù)極（GND），接觸要可靠。

圖5 示波器探頭的接法

這里順便提出，不能采用示波器的通用探頭，因為通用示波器探頭的地線不屏蔽且較長，容易撿拾外界電磁場的干擾，造成較大的噪聲輸出，虛線面積越大，受干擾的影響越大，如圖6所示。

圖6 通用探頭易造成干擾

4 同軸電纜測量裝置

這里介紹兩種同軸電纜測量裝置。圖7是在被測電源的輸出端接R、C電路后經(jīng)輸入同軸電纜（50Ω）后接示波器的AC輸入端；圖8是同軸電纜直接接電源輸出端，在同軸電纜的兩端串接1個0.68μF陶瓷電容及1個47Ω/1w碳膜電阻后接入示波器。T形BNC連接器和電容電阻的連接如圖9所示。

圖7 同軸電纜測量裝置1

圖8 同軸電纜測量裝置2

圖9 T形BNC連接器和電容電阻的連接

紋波和噪聲的測量標(biāo)準(zhǔn)

以上介紹了多種測量裝置，同一個被測電源若采用不同的測量裝置，其測量的結(jié)果是不相同的，若能采用一樣的標(biāo)準(zhǔn)測量裝置來測，則測量的結(jié)果才有可比性。

圖10 測量標(biāo)準(zhǔn)的測量裝置

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在被測電源輸出正、負(fù)端小于150mm處并聯(lián)兩個電容C2及C3，C2為22μF電解電容，C3為0.47μF薄膜電容。在這兩個電容的連接端接負(fù)載及不超過1.5m長的50Ω同軸電纜，同軸電纜的另一端連接一個50Ω的電阻R和串接一個4700pF的電容C1后接入示波器，示波器的帶寬為100MHz。同軸電纜的兩端連接線應(yīng)盡可能地短，以防止撿拾輻射的噪聲。另外，連接負(fù)載的線若越長，則測出的紋波和噪聲電壓越大，在這情況下有必要連接C2及C3。若示波器探頭的地線太長，則紋波和噪聲的測量不可能精確。

另外，測試應(yīng)在溫室條件下，被測電源應(yīng)輸入正常的電壓，輸出額定電壓及額定負(fù)載電流。

減小紋波和噪聲電壓的措施

開關(guān)電源除開關(guān)噪聲外，在AC/DC轉(zhuǎn)換器中輸入的市電經(jīng)全波整流及電容濾波，電流波形為脈沖，如圖11所示（圖a是全波整流、濾波電路，b是電壓及電流波形）。電流波形中有高次諧波，它會增加噪聲輸出。良好的開關(guān)電源（AC/DC轉(zhuǎn)換器）在電路增加了功率因數(shù)校正（PFC）電路，使輸出電流近似正弦波，降低高次諧波，功率因數(shù)提高到0.95左右，減小了對電網(wǎng)的污染。電路圖如圖12所示。

圖11 開關(guān)電源整流波形

圖12 開關(guān)電源PFC電路

開關(guān)電源或模塊的輸出紋波和噪聲電壓的大小與其電源的拓?fù)?，各部分電路的設(shè)計及PCB設(shè)計有關(guān)。例如，采用多相輸出結(jié)構(gòu)，可有效地降低紋波輸出。現(xiàn)在的開關(guān)電源的開關(guān)頻率越來越高；低的是幾十kHz，一般是幾百kHz，而高的可達(dá)1MHz以上。因此產(chǎn)生的紋波電壓及噪聲電壓的頻率都很高，要減小紋波和噪聲最簡單的辦法是在電源電路中加無源低通濾波器。

1 減少EMI的措施

可以采用金屬外殼做屏蔽減小外界電磁場輻射干擾。為減少從電源線輸入的電磁干擾，在電源輸入端加EMI濾波器，如圖13所示（EMI濾波器也稱為電源濾波器）。

圖13 開關(guān)電源加EMI濾波

2 在輸出端采用高頻性能好、ESR低的電容

采用高分子聚合物固態(tài)電解質(zhì)的鋁或鉭電解電容作輸出電容是最佳的，其特點(diǎn)是尺寸小而電容量大，高頻下ESR阻抗低，允許紋波電流大。它最適用于高效率、低電壓、大電流降壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器及DC/DC模塊電源作輸出電容。例如，一種高分子聚合物鉭固態(tài)電解電容為68μF，其在20℃、100kHz時的等效串聯(lián)電阻（ESR）最大值為25mΩ，最大的允許紋波電流（在100kHz時）為2400mArms，其尺寸為：7.3mm（長）×4.3mm（寬）×1.8mm（高），其型號為10TPE68M（貼片或封裝）。

紋波電壓ΔVOUT為：

ΔVOUT=ΔIOUT×ESR （1）

若ΔIOUT=0.5A，ESR=25mΩ，則ΔVOUT=12.5mV。

若采用普通的鋁電解電容作輸出電容，額定電壓10V、額定電容量100μF，在20℃、120Hz時的等效串聯(lián)電阻為5.0Ω，最大紋波電流為70mA。它只能工作于10kHz左右，無法在高頻（100kHz以上的頻率）下工作，再增加電容量也無效，因為超過10kHz時，它已成電感特性了。

某些開關(guān)頻率在100kHz到幾百kHz之間的電源，采用多層陶電容（MLCC）或鉭電解電容作輸出電容的效果也不錯，其價位要比高分子聚合物固態(tài)電解質(zhì)電容要低得多。

3 采用與產(chǎn)品系統(tǒng)的頻率同步

為減小輸出噪聲，電源的開關(guān)頻率應(yīng)與系統(tǒng)中的頻率同步，即開關(guān)電源采用外同步輸入系統(tǒng)的頻率，使開關(guān)的頻率與系統(tǒng)的頻率相同。

4 避免多個模塊電源之間相互干擾

在同一塊PCB上可能有多個模塊電源一起工作。若模塊電源是不屏蔽的、并且靠的很近，則可能相互干擾使輸出噪聲電壓增加。為避免這種相互干擾可采用屏蔽措施或?qū)⑵溥m當(dāng)遠(yuǎn)離，減少其相互影響的干擾。

5 增加LC濾波器

為減小模塊電源的紋波和噪聲，可以在DC/DC模塊的輸入和輸出端加LC濾波器，如圖14所示。圖14左圖是單輸出，圖14右圖是雙輸出。

圖14 在DC/DC模塊中加入LC濾波器

在表1及表2中列出1W DC/DC模塊的VIN端和VOUT端在不同輸出電壓時的電容值。要注意的是，電容量不能過大而造起動問題，LC的諧振頻率必須與開關(guān)頻率要錯開以避免相互干擾，L采用μH極的，其直流電阻要低，以免影響輸出電壓精度。

表1和表2

6 增加LDO

在開關(guān)電源或模塊電源輸出后再加一個低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）能大幅度地降低輸出噪聲，以滿足對噪聲特別有要求的電路需要（見圖15），輸出噪聲可達(dá)μV級。

圖15 在電源中加入LDO

由于LDO的壓差（輸入與輸出電壓的差值）僅幾百mV，則在開關(guān)電源的輸出略高于LDO幾百mV就可以輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓了，并且其損耗也不大。

7 增加有源EMI濾波器及有源輸出紋波衰減器

有源EMI濾波器可在150kHz～30MHz間衰減共模和差模噪聲，并且對衰減低頻噪聲特別有效。在250kHz時，可衰減60dB共模噪聲及80dB差模噪聲，在滿載時效率可達(dá)99%。

輸出紋波衰減器可在1～500kHz范圍內(nèi)減低電源輸出紋波和噪聲30dB以上，并且能改善動態(tài)響應(yīng)及減小輸出電容。

很多人在測試紋波和噪聲時往往會出現(xiàn)上百mv，或者幾百mv，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比說明書提供的紋波值大很多，這主要是測試方法不正確造成的。造成對紋波測試的幾點(diǎn)誤區(qū)。

誤區(qū)一：測試帶寬的選擇，帶寬越大測試越準(zhǔn)確

這種認(rèn)為是不正確的。輸出紋波的頻率和電源的開關(guān)頻率相同，而開關(guān)頻率目前一般從幾十KHZ到幾MHZ，另外由開關(guān)器件所造成的干擾也小于20MHZ，帶寬限制在20MHZ，也是避免外界的高頻噪聲影響紋波的測試。一般情況下，模塊使用說明書都會提到該模塊在測試紋波時所選用的示波器測試帶寬。通常沒有特殊說明，紋波測試的帶寬一般設(shè)定為20MHZ。目前市面上的示波器都有20MHZ帶寬限制功能。

誤區(qū)二：測試方法的選擇

測試方法的選擇在目前是存在較大爭議的，同一個模塊采用不同的測試方法會得到不同的結(jié)果。目前行業(yè)內(nèi)普遍流行的有靠測法、雙絞線法、平行線法、50歐同軸電纜測試四種方法，其目的只有一個，就是真實客觀的測試模塊的輸出紋波。而用戶在使用中因為種種客觀因素一般采用的是甩線法，就是拿示波器探頭、地線夾直接接在模塊的輸出管腳測試，這種方法不能說不正確，但會對測試結(jié)果帶來很大的不同，一般可達(dá)到上百或者幾百毫伏的紋波。

示波器探頭的地線長度約13cm，自身電感約為80nH，共模電流會在地線夾子上產(chǎn)生一定量不可忽略的尖峰電壓。在實際測試時，地線夾通常會以環(huán)形出現(xiàn)，所以很容易接收到空間輻射。測試端子和地線夾構(gòu)成的環(huán)路就像天線一樣在工作，地線環(huán)的面積越大，開關(guān)過程中獲取的噪聲就越大，影響到紋波的正確測試。為減小地線夾過長所造成的影響，探頭應(yīng)該直接靠在輸出管腳兩端，這樣信號和地相連處的地線環(huán)面積就很小了，這就是靠測法。測試時去掉示波器探頭的地線夾和探頭帽子，直接靠在輸出管腳上進(jìn)行測試，如果輸出管腳間距稍大，示波器探頭不能直接靠上，可以用自制地線環(huán)進(jìn)行測試，如下圖所示。

（左）使用地線夾直接測試 （右）采用靠測法測試

對于一些需要低紋波輸出的特定場合，需要采取特定的設(shè)計方案，采用甩線法測試也能得到比較小的紋波。西安偉京電子制造有限公司推出了兩款輸入16VDC—40VDC，輸出5VDC、12VDC、15VDC、±5VDC、±12VDC、±15VDC 六種輸出電壓，輸出功率15W，內(nèi)置輸入濾波器輸出低紋波的高可靠軍用電源模塊，一種采用全金屬氣密性封裝，一種采用優(yōu)良導(dǎo)熱灌封膠的五面體金屬結(jié)構(gòu)，兩種模塊采用甩線法測試20MHZ帶寬，紋波在20—50mv，并且該模塊不用外加濾波器可以通過GJB151-97中CE102的要求。

關(guān)于測試帶寬網(wǎng)友的問答

網(wǎng)友疑問

測試電源紋波和噪聲的時候，選擇20MHZ的帶寬是為了測試電源自身是否滿足要求，對于電源這種低頻信號而言，20MHZ帶寬已經(jīng)足夠了。有一疑問：為什么不在示波器上選擇全帶寬？選擇全帶寬是怕受到高頻信號的干擾，而無法測試出電源本身的問題？但是電源對于電路板而言很重要，如果高頻信號也對此有大的干擾，那么電路板就不能正常工作，是不是也應(yīng)當(dāng)測試高頻信號對電源的干擾？

我個人認(rèn)為，為了準(zhǔn)確的測量電源紋波信號，就需要把直流以上的噪聲完全測試出來，所以不進(jìn)行帶寬限制是最好的，不知道我這個觀點(diǎn)是否正確？我的問題的出發(fā)點(diǎn)就是想盡量準(zhǔn)確的把IC端電源噪聲測量出來。如果來一個20M的 帶寬限制，其測試到的結(jié)果明顯偏小，就反應(yīng)不了真實的情況。此時，很有可能隨著IC的門電路的翻轉(zhuǎn)，電源上有20M以上，且幅度比較大的噪聲存在，這個噪聲有可能使IC的輸出特性變差。如果我測不到這個噪聲，我就可能無法找出合適的電容來把這個噪聲濾掉，從而不能解決電源噪聲引起的問題。不知我的這個理解是否正確？

選擇20M的目的只是要將紋波測試出來，這個是電源的指標(biāo)。但是對于單板來講，測試電壓的紋波還是需要使用全帶寬去測試，驗證單板電源的穩(wěn)定性。

因為電源的紋波和噪聲主要來自開關(guān)管，而電源的開關(guān)管工作在40多KHz，所以選擇20MHz的帶寬來測試。

擾在電路板中主要指的是EMI問題，從能量的角度考慮，電源的能量是最強(qiáng)的，它可以產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，對其它信號的干擾最大，而高頻信號的電壓一般在700mv左右，且信號能產(chǎn)生的磁場很弱，相對于電源而言，對電源的影響很小，可以不計。

對于電源紋波和噪聲，個人認(rèn)為電源紋波應(yīng)該使用20MHz的帶寬來測試，而測試噪聲的時候，要使用全帶寬的來測試。原因是：對于紋波來講，是電源輸出的時候，電源自身的開關(guān)頻率引起的，而在測試的時候使用20MHz的帶寬，就是為了把高頻的噪聲去掉，為了抓到真實的紋波。而對噪聲來講，要分選取的測試點(diǎn)，一般測試芯片的電源輸入的是放在芯片的接收端，在接受端測試實際的電源噪聲，一般是有一定的范圍要求的，如果超過這個要求，也是需要處理的。而在問題中擔(dān)心高頻噪聲在電源自身有影響，這個基本不用擔(dān)心，在電源的輸出端一般都是有小的濾波電容進(jìn)行濾除高頻的噪聲，如果測試電源輸出端有很大的噪聲，建議需要處理一下，用小電容將這部分濾掉。

要把紋波和噪聲分開來看，紋波是由電容的充放電，PWM調(diào)解產(chǎn)生（當(dāng)然，這里也有一部分低頻噪聲），一次電源的波紋還和50HZ的工頻有關(guān)。就像問題中所說的那樣，電源的頻率很低，20MHZ保證測出來的是電源本身的問題，而不是高頻干擾。而在噪聲的測試中，是要求把示波器打到全帶寬的，這樣來捕獲全帶寬下開關(guān)電源的噪聲。而在定義噪聲的指標(biāo)時，一般要考慮噪聲和直流壓降一起對后端用電芯片的影響，也就是說，噪聲要占用直流壓降的工作范圍。因此，的確要測試高頻信號對后端用電芯片的影響，而這一影響，就用噪聲來體現(xiàn)。以上是我對紋波噪聲的理解，里面會有一錯誤和遺漏的地方，請指出，謝謝！

對于電源噪聲，我認(rèn)為在單獨(dú)的對電源電路進(jìn)行測試時，需要進(jìn)行20MHz限制，這樣可以發(fā)現(xiàn)電源本身有沒有問題，整版的測試需要在電源OK的基礎(chǔ)上進(jìn)行。一般情況下，我們會在IC的power腳都會加0.1uF進(jìn)行退耦處理，這個處理其實就是對耦合到電源上的高頻雜波的濾除。當(dāng)然，如果可以在全帶寬的情況通過spec要求，這個就更好了。其實談到0.1uF的退耦，我有個疑惑，為什么目前電路速度越來越快，但是0.1uF雷打不動？0.1uF究竟對哪個頻段工作最有效？在整版都跑1G/2.5G甚至10G的情況下，有沒有必要將這顆電容值減??？期待得到你的幫助，謝謝！

紋波和噪聲的測試首選使用同軸電纜紋波需要選擇20M帶寬，噪聲的測試需要使用全頻帶，因為有時信號需要以電源平面作為參考面走線，必要時 使用頻譜分析儀分析高頻噪聲的頻段。

示波器在模擬前端和數(shù)字化過程中會存在垂直噪聲，示波器是測量儀器，示波器帶寬越寬，垂直噪聲就越大，而嚴(yán)重的垂直噪聲會影響如下幾點(diǎn)：

1.引入幅度測量誤差；

2.引入sin（x）/x波形重建不確定度；

3.引入作為輸入信號沿壓擺率函數(shù)的定時誤差（抖動）；

4.造成可觀測到的不良胖波形；

因此，不將示波器設(shè)置成全帶寬，恰恰是避免，示波器的本底噪聲加入到電源中。

我覺得，高頻信號不會對電源產(chǎn)生干擾，電源或者更多的是地，會是高頻信號串?dāng)_的一個載體。電路設(shè)計中，會在電源出，并上10uf、1uf并聯(lián)起來的電容，正式為了避免高頻信號通過電源串?dāng)_到電路其他地方。

一般認(rèn)為5M以下為電源紋波，這個紋波主要是電源的貢獻(xiàn)（關(guān)于這塊，我認(rèn)同問題中說法）。對于紋波的要求一般是1％以下； 5M以上一般認(rèn)為是噪聲，也就是問題中說的高頻信號，對于噪聲一般是要求3％～5％。個人認(rèn)為噪聲主要是來自板上器件，這個噪聲主要還是針對電源網(wǎng)絡(luò)而言。

所以個人認(rèn)為示波器設(shè)置20M測試的紋波測的是電源模塊輸出電源的質(zhì)量，而示波器的全帶寬測的是整個電源網(wǎng)絡(luò)的電源質(zhì)量，所以對電源質(zhì)量要求比較高的器件（如鎖相環(huán)，A/D等）全帶寬的測試也是有必要的。

示波器測量電源紋波時，因為使用接地線很長的示波器探針、或者讓由探針和接地線形成的回路靠近功率變壓器和開關(guān)元件等情況，使示波器耦合進(jìn)了一些高頻干擾，這是由示波器本身的原因引入的，并不是電源輸出的紋波成分，為了測量準(zhǔn)確，所以要將對帶寬有所限制，不能選擇全帶寬。

選擇全帶寬是怕受到高頻信號的干擾，而無法測試出電源本身的問題。

為了保證電路板和電源正常工作，根據(jù)實際情況一般要采取在電源輸出端或（和）電路板輸入端加低通濾波、關(guān)鍵部件屏蔽等措施。電源的抗干擾能力最終也是通過測量紋波和噪聲反映出來。

這個疑問很有道理的，在我們測試中，我們知道電源板內(nèi)基本都是低頻信號， 最高頻莫過于控制芯片的時鐘。當(dāng)然不可否定電源其他干擾源的影響，這些在EMC實驗中都會做實驗的；另外，電源輸出測試，我們也測試20M帶寬、200M帶寬下信號和紋波，這我們都有標(biāo)準(zhǔn)的， 兩個帶寬下得測試只是在示波器帶寬切換而已，非常容易，測試一下，但也無妨。

關(guān)于電源（模塊電源）噪聲和紋波的測量：

測試方法是：紋波測試是采用20MHZ限制帶寬測試，時間格設(shè)置在開關(guān)電源PWM頻率左右。紋波是抓開關(guān)電源輸出電壓的波動。

噪聲測試必須采用全帶寬測試，要求時間格在200nS/DIV；一般是抓比開關(guān)頻率高的雜波或者余波。

在系統(tǒng)板卡的模塊上一般來說，紋波影響芯片的基本性能和穩(wěn)定性。噪聲影響收發(fā)數(shù)據(jù)可靠性，丟包，錯包概率。

我對這一次的問題很感興趣，因為我在測我電路板上的開關(guān)電源的時候 就發(fā)現(xiàn)開關(guān)噪聲很大，這種噪聲不同于紋波，在開關(guān)狀態(tài)變化時均會出現(xiàn)， 通過很多努力，均未能消除。后來，采用接地環(huán)測試，也就是縮短試波器探 頭的接地線之后，發(fā)現(xiàn)測量到的開關(guān)噪聲就減小了很多。由此判斷，我之前 測到的噪聲應(yīng)該是開關(guān)電源的空間干擾。后來聽別人說，測紋波是要把示波 器的帶寬調(diào)到20MHz， 我想可能是因為，測試電源時主要是測其電路上的指 標(biāo)，故使用20MHz帶寬，可濾除空間干擾。

不知道是這個原因嗎？

關(guān)于這個問題，我的看法是：選擇全帶寬是怕受到高頻信號的干擾，而無法測試出電源本身的問題。但這個高頻信號是從場空間通過示波器探頭耦合進(jìn)去的，并不是電源自身產(chǎn)生的。所以電源供電的電路板可以正常工作，測試電源時也無須測試高頻信號對電源的干擾。但是現(xiàn)在有的開關(guān)電源為了提高效率，單位功率等指標(biāo)，將開關(guān)頻率做得很高，如Vicor的電源好多開關(guān)頻率都在1MHz左右，此時對電臺等對頻段敏感的應(yīng)用，就需要全波段考查，否則會引起頻段混疊，電臺收發(fā)出錯。

業(yè)界一般都是使用20MHz帶寬測量的電源模塊/DC-DC等主供電設(shè)備電源輸出噪聲的，如果測量IC管腳處的噪聲，則另當(dāng)別論。電源噪聲（紋波）： 噪聲包含很多種的成分（底噪，文波等），是一個籠統(tǒng)的說法。紋波代表有固定頻率的波， 在電源里主要是開關(guān)頻率對應(yīng)的噪聲（紋波），故有時電源噪聲和紋波通用。一點(diǎn)個人見解，未必準(zhǔn)確。

其實在實際的工程開發(fā)測試在中，測試是更有針對性的，所以，以下觀點(diǎn)我不是很贊同。實際的測試中會包括兩部分：紋波測試機(jī)噪聲測試。而噪聲測試就是你所提到的不做帶寬限制，最大可能獲取真實情況。

您好！我前幾天在公司內(nèi)組織過一次紋波測試方面的討論，感覺精確的測量紋波對操作者的要求比較高，需要考慮的因素很多，導(dǎo)致測試的一致性較差。同樣的一個電路，換個人測，結(jié)果偏差就會較大，花了很大力氣測出來的結(jié)果卻不能讓人信服！

我想問個問題，網(wǎng)上有人提到日本的一個紋波測量標(biāo)準(zhǔn) JEITA-RC9131A，它的適用性怎么樣？謝謝！

大家知道，對于電源系統(tǒng)來說（PDS），主要包括Source端（VRM） 和Sink端 （Chip）對于Source端來講，我們測試的是電源輸出的紋波，示波器選擇20MHZ的原因是在Source端有很多電源本身的Noise Source，比如說FET，還有電感，如果用全帶寬的話，幾乎大部分Noise Source都會耦合到探頭上面來，這樣的話我們根本測試不到真正電源輸出紋波。 對于Sink端來講，相對就比較負(fù)責(zé)，我們不僅要考慮電源模塊本身的Noise，還要考慮PDS中的其他因素，比如Power Plane的諧振，比如其他noise（VDC之類）耦合到Power Plane，比如芯片本身的SSN等等，這個時候如果我們用20MHZ帶寬的話，反而會遺漏掉很多電源NOISE，從而影響PI效果。

所以，我覺得在Power Source端，應(yīng)該用20MHZ帶寬去測試，而在SINK端得PI測試，則需要全帶寬去測試（當(dāng)然，也不能用太高的帶寬，從經(jīng)驗來看，1GHz~2.5GHz的示波器比較合適。

對于單純的電源產(chǎn)品，20MHz已經(jīng)足夠了，這是因為電源主要的功能是輸出一個恒定的電壓，基本上是一個直流環(huán)境，過程中不會涉及到更高速的電路；對于數(shù)字電路板上的電源，我個人還是覺得高一點(diǎn)帶寬比較好。我們可以從設(shè)計角度想一下，隨著用電器件內(nèi)驅(qū)動、接收開關(guān)變化，電源網(wǎng)絡(luò)上的電流也會隨之變化，電流的變化也引起了電壓的波動，這一部分的噪聲占電源噪聲的很大比重。為了抑制這種噪聲，我們會在電源網(wǎng)絡(luò)上放置一定規(guī)格、數(shù)量的去耦電容，來保證這個電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗在有效頻率內(nèi)是低于目標(biāo)阻抗的，從而確保電源噪聲是滿足要求的，這個要求是兩維的。對應(yīng)的，電源噪聲也應(yīng)該是兩維的：噪聲大小和有效頻率。這個有效頻率設(shè)置到多大沒有定論，但是目前主流的數(shù)字電路板上去耦一般會設(shè)計到百兆數(shù)量級，我個人覺得數(shù)字電路板上的電源噪聲測試帶寬應(yīng)該是與此一個數(shù)量級。

看了郵件，覺得電源噪聲說法太籠統(tǒng)，看文章的內(nèi)容，題目應(yīng)該是：PDN的?I噪聲測量。有兩層含義：其一，測試點(diǎn)在非理想電源地平面上，非電源模塊側(cè)；其二，噪聲來源應(yīng)該是IC的開關(guān)造成的。 要把評價電源模塊噪聲特性與評價PDN的概念區(qū)分開來。

電源噪聲/電源紋波的說法容易產(chǎn)生歧義，電源工程師關(guān)心的是電源模塊本身的噪聲與紋波指標(biāo)，SI/PI工程師更關(guān)注PDN（電源分配網(wǎng)絡(luò)）的噪聲指標(biāo)，這個噪聲是由于IC的開關(guān)造成的，業(yè)界也稱為?I噪聲，有個經(jīng)典的公式說明PDN的噪聲來源：其一是dI，其二是供電回路電感L（在回路非理想時，阻抗不為零，電感是一定有的），PI設(shè)計就是盡可能控制這個L。

PDN的測試結(jié)果應(yīng)該是含開關(guān)電源模塊噪聲的，開關(guān)電源本身的噪聲在頻域和?I噪聲是可以區(qū)分開來的。
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