過去，要描述電源的行為特征就意味著要使用數(shù)字萬用表測(cè)量靜態(tài)電流和電壓, 并用計(jì)算器或PC進(jìn)行艱苦的計(jì)算。今天，大多數(shù)工程師轉(zhuǎn)而將示波器作為他們的首選電源測(cè)量平臺(tái)，現(xiàn)代示波器可以配備集成的電源測(cè)量和分析軟件, 簡(jiǎn)化了設(shè)置, 并使得動(dòng)態(tài)測(cè)量更為容易。 如何使用示波器更加有效地進(jìn)行電源信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量，成為現(xiàn)在工程師越來越急需掌握的技巧方法。 同時(shí)，在電源產(chǎn)品的研發(fā)和測(cè)試中，降低負(fù)載端的紋波噪聲是大多數(shù)電源工程師都關(guān)心的問題。本文結(jié)合紋波噪聲的波形、測(cè)試方式，闡述幾種有效降低輸出紋波噪聲的方法。 影響示波器測(cè)量電源信號(hào)準(zhǔn)確性的四大因素 示波器垂直量測(cè)量出現(xiàn)偏差的原因歸結(jié)為以下四點(diǎn)： ●低頻補(bǔ)償調(diào)節(jié)與否； ●示波器的底噪干擾對(duì)測(cè)量的影響； ●示波器的幅頻特性曲線差異； ●示波器的垂直分辨率對(duì)測(cè)量的影響。 當(dāng)然示波器測(cè)量精度不一定比得上高精度的萬用表，所以若要在示波器垂直量測(cè)量中測(cè)出比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)需要掌握正確的操作技巧。 低頻補(bǔ)償調(diào)節(jié)與否 低頻補(bǔ)償（LFC）需要使用kHz范圍內(nèi)的方波（通常為1kHz 或10kHz）來調(diào)整X10檔探頭的頻率響應(yīng)。在進(jìn)行低頻補(bǔ)償時(shí)，使用探頭連接kHz方波信號(hào)，若出現(xiàn)過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)那闆r，可以用低頻調(diào)節(jié)棒調(diào)節(jié)探頭的低頻補(bǔ)償電容至方波平頂即可。 圖1 波形補(bǔ)償情況 如圖2所示為探頭與示波器輸入端相連時(shí)的內(nèi)部電路圖，R1是一個(gè)9MΩ的串行電阻，與示波器輸入端1MΩ輸入電阻組成10:1的衰減器，可有效減少輸入電容，有利于高頻信號(hào)的測(cè)量。使用X10檔探頭測(cè)量信號(hào)時(shí)，隨著信號(hào)頻率的增加，容性負(fù)載的影響就越明顯，此時(shí)探頭主體中探針、電纜存在寄生電容（Cp、Cc）會(huì)造成探頭與示波器的阻抗不匹配（R1xC1≠R2x（C2 Cc）），從而影響信號(hào)測(cè)量。 由于寄生電容的不一致性，所以需要將C1做成可調(diào)電容，用來補(bǔ)償寄生電容的影響，使得R1xC1=R2x（C2 Cc），從而使探頭與示波器得以匹配。由于R1、R2的阻值比較大，所以R1、C1、R2、C2形成的極點(diǎn)頻率比較低，所以該電容又稱為低頻補(bǔ)償電容。 圖2 探頭補(bǔ)償電路 示波器的底噪干擾對(duì)測(cè)量的影響 底噪通常是指示波器的“基線本底噪聲”，在示波器的模擬前端和數(shù)字轉(zhuǎn)換過程造成的垂直噪聲。底噪的大小用信噪比來表示，該值越大，代表該信號(hào)的噪聲干擾越小，即測(cè)量?jī)x器的底噪越小。 當(dāng)示波器的底噪較大時(shí)，將會(huì)掩蓋住小信號(hào)，影響微小信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度，導(dǎo)致測(cè)量垂直量不準(zhǔn)確；當(dāng)示波器的底噪較低，則信號(hào)的測(cè)量就會(huì)比較準(zhǔn)確。 若測(cè)量中想減小底噪干擾對(duì)測(cè)量的影響，可以使用以下方法： ●示波器的捕獲模式使用“平均”捕獲，平均捕獲可以將多次觸發(fā)的周期信號(hào)進(jìn)行平均顯示，使信號(hào)在某個(gè)值附近微小浮動(dòng)，更接近真實(shí)值，以減少噪聲的影響。 ●示波器可使用“數(shù)字濾波”的方式在低通濾波（高通濾波）下將大于截止頻率（小于截止頻率）噪聲信號(hào)進(jìn)行濾除，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。 示波器的幅頻特性曲線 具體的說示波器帶寬指示波器測(cè)得正弦波的幅度不低于真實(shí)正弦波信號(hào)-3dB幅度（即真實(shí)信號(hào)幅度的70.7%）時(shí)的最高頻率，也稱-3dB截止頻率點(diǎn)。隨著信號(hào)頻率的增加，示波器對(duì)信號(hào)的準(zhǔn)確顯示能力都將會(huì)下降。示波器的幅頻特性曲線指的是示波器信號(hào)的幅值隨信號(hào)頻率的增加而變化的曲線。圖3所示為理想的幅頻特性曲線。 圖3 理想幅頻特性曲線 不同的示波器不同的幅頻特性曲線它們的平坦度是有差異的，但是帶內(nèi)衰減都在-3dB以內(nèi)，均符合標(biāo)準(zhǔn)。因此不同示波器在同一個(gè)頻率點(diǎn)的信號(hào)其幅值衰減可能不同，這就導(dǎo)致了不同示波器在幅值測(cè)量上有偏差的原因。 示波器的垂直分辨率對(duì)測(cè)量的影響 一般數(shù)字示波器采用的都是8位ADC，對(duì)任何一個(gè)波形值都是用256個(gè)0和1來重組。假設(shè)示波器垂直方向滿量程為8格，對(duì)應(yīng)量化級(jí)數(shù)256。在垂直檔位為500mV/div的情況下，垂直精度為（500mV*8）/256=15.625mV。測(cè)量同一個(gè)信號(hào)，在垂直檔位為50mV/div的情況下，即（50mV*8）/256=1.5625mV，垂直精度就達(dá)到了1.5625mV。 正確的電源紋波測(cè)試方法 電源信號(hào)實(shí)際波形中，直流電源輸出上疊加的與電源開關(guān)頻率同頻的波動(dòng)稱為紋波，高頻雜音稱為噪聲。具體如圖4所示，頻率較低且有規(guī)律的波動(dòng)為紋波，尖峰部分為噪聲。 圖4 紋波噪聲示意圖 對(duì)于中小微功率模塊電源的紋波噪聲測(cè)試，業(yè)內(nèi)主要采用平行線測(cè)試法和靠接法兩種。其中，平行線測(cè)試法用于引腳間距相對(duì)較大的產(chǎn)品，靠測(cè)法用于模塊引腳間距小的產(chǎn)品。但不管用平行線測(cè)試法還是靠測(cè)法，都需要限制示波器的帶寬為20MHz，同時(shí)需要去掉地線夾。具體如圖5和圖6所示。 圖5 平行線測(cè)試法 圖6 靠測(cè)法 電源紋波的測(cè)試需要注意的幾點(diǎn)有： ●首先探頭要選擇合適的檔位，如果電壓比較大，或者對(duì)帶寬要求比較高的情況下可使用X10檔，普通情況下建議使用X1檔，避免不必要的噪聲衰減影響紋波的測(cè)量。 ●紋波屬于交流成分，所以“通道耦合”方式可使用“交流”方式，限制直流信號(hào)的輸入。 ●可適當(dāng)?shù)氖褂谩皫捪拗啤惫δ埽蛇x擇“20MHz”帶寬限制，將不必要的高頻噪聲濾除。 ●除此之外，更重要的一點(diǎn)就是要避免電磁輻射等對(duì)信號(hào)的干擾，所以在測(cè)量時(shí)建議使用“接地彈簧”接地，避免長(zhǎng)接地線帶來的不必要干擾。 影響電源紋波噪聲的因素 輸出濾波電容的影響 輸出濾波電容的容值、ESR對(duì)模塊輸出的紋波噪聲也有直接影響。同樣的輸入、負(fù)載條件下，電源的輸出端加226的MLCC，實(shí)測(cè)電源輸出的紋波噪聲得到明顯地減小。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電容除容量、ESR外，建議負(fù)載端的電容在回到電源之前，先匯集到輸出電容，經(jīng)過電容濾波后，再回到電源，從而有效降低紋波噪聲對(duì)電路的影響。如圖7所示。