做過電源設(shè)計(jì)的朋友，基本都繞不開紋波測試這個(gè)環(huán)節(jié)。說起來這事兒不復(fù)雜——接上示波器，看個(gè)波形，完事兒。但你有沒有發(fā)現(xiàn)，同樣的電源，別人測出來紋波50mV，你測出來200mV；今天測80mV，明天測出來150mV。這不是玄學(xué)，大概率是你的測量方法有問題。
說實(shí)話，我?guī)н^的工程師里，十個(gè)有八個(gè)在紋波測試上都踩過坑。今天就把這些坑都扒開來，咱們好好聊聊到底該怎么測。
很多人測紋波，直接抄起示波器探頭往板子上一戳，接地夾線一夾就開始看波形。問題就出在這個(gè)"接地夾線"上。
這條長長的接地線其實(shí)就是一個(gè)天線，開關(guān)電源的EMI噪聲、高頻諧波，全被它收進(jìn)來了。你以為你在測紋波，其實(shí)你測的是一堆雜亂的噪聲疊加。20MHz以內(nèi)的噪聲它能收，20MHz以外的高頻它也能收，最后出來的波形慘不忍睹。
按我的經(jīng)驗(yàn)，這種測量方式測出來的波形，噪聲能占總幅值的60%以上。
示波器的帶寬上限通常很高，100MHz、200MHz甚至更高。但測紋波根本不需要這么高的帶寬。
開關(guān)電源的開關(guān)頻率一般在100kHz到1MHz之間，開關(guān)諧波主要分布在幾MHz到幾十MHz范圍。如果你把示波器帶寬設(shè)成全開，那些和紋波無關(guān)的高頻噪聲全進(jìn)來了。正確的做法是把帶寬限制在20MHz，既能覆蓋有用的紋波信號，又能濾掉大部分噪聲。
有些工程師測紋波，探頭隨便找個(gè)地方就測，或者干脆測在電感兩端。電感兩端的電壓波形？那可不是紋波，那是開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形，尖峰能到幾MHz甚至幾十MHz，測出來的數(shù)據(jù)完全沒有參考價(jià)值。
真正該測的位置是電源的輸出電容兩端。這里才是紋波的真實(shí)反映。
這個(gè)問題問的人不多，但踩坑的人不少。
1x探頭沒有衰減，信號直接進(jìn)入示波器，但示波器的輸入電容比較大，會(huì)影響測量；10x探頭有10倍衰減，輸入電容小，對電路影響小，但噪聲會(huì)被放大。
測紋波一般推薦用10x檔位。不過要注意，衰減比設(shè)置錯(cuò)了，示波器顯示的數(shù)值會(huì)差10倍。
說了這么多錯(cuò)誤做法，到底該怎么測？記住這幾條：
這是最關(guān)鍵的一步。買探頭的時(shí)候通常會(huì)附帶一個(gè)接地彈簧，把這個(gè)彈簧接在探頭尖端，替代原來的接地夾線。彈簧形成的環(huán)路面積只有幾毫米，引入的噪聲可以忽略不計(jì)。
如果沒有彈簧，用一段硬質(zhì)銅絲自己彎一個(gè)也行，長度控制在1cm以內(nèi)。
圖1：左側(cè)錯(cuò)誤方法-長接地夾線；右側(cè)正確方法-接地彈簧
在示波器的通道設(shè)置菜單里，找到"帶寬限制"選項(xiàng)，選擇20MHz或者"低通"模式。有些示波器叫"Bandwidth Limit"，有些叫"HLimit"，找一下就能看到。
這一步能濾掉大部分和紋波無關(guān)的高頻噪聲。
探頭尖端接在輸出電容的正極，接地彈簧接在輸出電容的負(fù)極。如果電容是貼片的，探頭不好接觸，可以找附近離電容最近的測試點(diǎn)。
記住：電感旁邊不能測，芯片輸入輸出管腳也不能隨便測。
把探頭側(cè)面的檔位撥到10x，示波器也要相應(yīng)設(shè)置成10x模式。這樣測量結(jié)果才是準(zhǔn)確的。
示波器輸入耦合有三種模式：DC、AC、GND。測紋波選AC耦合，這樣可以把直流分量濾掉，只看交流成分。如果選了DC耦合，波形會(huì)帶著直流電平一起顯示，紋波的細(xì)節(jié)反而看不清楚。
同樣是測一個(gè)12V轉(zhuǎn)5V的DC-DC降壓電源，用錯(cuò)誤的測量方法和正確的測量方法，測出來的波形能差多少？
圖2：錯(cuò)誤測量 vs 正確測量的波形對比
錯(cuò)誤方法：長接地夾線 + 全帶寬 + 電感附近測量 → 波形上全是毛刺和噪聲，峰峰值能到200mV以上，看著心驚肉跳。
正確方法：接地彈簧 + 20MHz帶寬限制 + 輸出電容兩端測量 → 波形干凈利落，峰峰值通常在30-50mV，這才是真實(shí)的紋波水平。
如果你之前測出來的紋波特別大，先別急著改電路參數(shù)，把測量方法檢查一遍，很可能是虛驚一場。
基礎(chǔ)測量方法掌握了，如果想測得更準(zhǔn)確，可以看看這幾個(gè)進(jìn)階技巧：
對于沒有地平面的板子，或者測量點(diǎn)距離示波器比較遠(yuǎn)的情況，普通單端探頭測起來不方便。這時(shí)候可以上差分探頭。差分探頭兩個(gè)輸入端都浮空，不受接地限制，而且抗干擾能力更強(qiáng)。
當(dāng)然，差分探頭價(jià)格不便宜，入門級也要幾百塊，有條件的話備一個(gè)很實(shí)用。
如果你的電路板上紋波和噪聲都比較嚴(yán)重，想定位噪聲是從哪里來的，可以用近場探頭配合頻譜分析功能。近場探頭能感應(yīng)出附近的磁場變化，配合示波器的FFT功能，可以快速找到噪聲來源。
圖3：正確測量方法要點(diǎn)
電源的紋波大小和負(fù)載電流有關(guān)系。建議測試的時(shí)候分別測空載、輕載（20%負(fù)載）、滿載三種情況。有些電源在輕載時(shí)紋波反而更大，這和芯片的控制策略有關(guān)。
最后聊一個(gè)容易被混淆的概念：紋波和噪聲不是一回事。
開關(guān)紋波是由開關(guān)動(dòng)作引起的周期性波動(dòng)，頻率固定，和開關(guān)頻率或其諧波相關(guān)，幅度相對穩(wěn)定。
噪聲則是隨機(jī)的、不規(guī)則的干擾，可能來自外部EMI、內(nèi)部寄生參數(shù)耦合等多種因素，頻率成分復(fù)雜，幅度也可能波動(dòng)。
從頻譜上看：紋波是離散的譜線，噪聲是連續(xù)的背景。
從時(shí)域上看：紋波是平滑的周期波形，噪聲則是密密麻麻的毛刺。
判斷電源是否合格，主要看紋波的峰峰值是否在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)，噪聲只要不影響系統(tǒng)正常工作就行。
測紋波這事，說難不難，說簡單也不簡單。關(guān)鍵就是幾個(gè)細(xì)節(jié)：
把這幾點(diǎn)做到位，你測出來的紋波數(shù)據(jù)才有參考價(jià)值。下次再測紋波的時(shí)候，先把這幾條過一遍，別一上來就懟著板子測。
