【知識分享】電源紋波測試

開關電源的紋波是指，疊加在開關電源輸出電壓上，頻率與開關頻率一致的交流量，其產生原因是開關電源的電流紋波作用在電容的ESR上。而噪聲一般是指全帶寬下輸出電壓上疊加的交流量。

    測量紋波、噪聲，需要使用隔直板+同軸電纜，而隔直板上的電容容量需要根據開關頻率進行確定。

    紋波測量：用同軸電纜從電源模塊上引出輸出，接到隔直板上，然后再通過同軸電纜接入示波器。示波器阻抗選擇50歐姆，AC耦合，帶寬限制在20MHz，然后進行測量與讀數。測出的波形一般近似于三角波。

    噪聲測量：將示波器的帶寬限制取消，其余配置相同，然后進行測量與讀數。

我們在測試紋波的時候，希望能夠測試準確，不希望其他頻段的干擾引入導致測試數據異常。所以用同軸電纜或者探頭測試紋波的時候，地線的處理都尤為關鍵，否則會通過地線引入不必要的噪聲。

        在圖所示的示例中，測試者犯了兩個錯誤。他的第一個錯誤是使用了一支帶長接地引線的示波器探針；他的第二個錯誤是將探針形成的環路和接地引線均置于電源變壓器和開關元件附近；他的最后一個錯誤是允許示波器探針和輸出電容之間存在多余電感。該問題在紋波波形中表現為高頻拾取。在電源中，存在大量可以很輕松地與探針耦合的高速、大信號電壓和電流波形，其中包括耦合自電源變壓器的磁場，耦合自開關節點的電場，以及由變壓器互繞電容產生的共模電流。

DC/DC模塊的電源紋波指標是一項很重要的參數。干凈的電源是數字電路穩定工作的前提，也是模擬器件的各項參數的重要保障。為確定電源的質量，必須對DC/DC模塊的輸出紋波進行測量。但很多人測量得到的紋波值動輒上百mV，甚至幾百mV，遠遠比器件手冊提供的最大紋波值大，這主要是測量方法的不正確造成的。

 正確的測量方法

1)限制示波器帶寬為20MHz(大多中低端示波器檔位限制在20MHz，高端產品還有200MHz帶寬限制的選擇)，目的是避免數字電路的高頻噪聲影響紋波測量，盡量保證測量的準確性。

2)設置耦合方式為交流耦合，方便測量(以更小檔位來仔細觀測紋波，不關心直流電平).

3)保證探頭接地盡量短(測量紋波動輒上百mV的主要原因就是接地線太長)，盡量使用探頭自帶的原裝測試短針。如果沒有測試短針，可以拆除探頭的接地線和外殼，露出探頭地殼，自制接地線纏繞在探頭地殼上，保證接地線長度小于1cm。

4)示波器地懸空，只通過探頭地與測試信號的參考點共地，不要通過其他方式與測試設備共地，這樣會給紋波測量引入很大的地噪聲。例如：當示波器和其他儀器共插線板時，其他儀器的開關可能通過接地線給測試帶來噪聲干擾。

地線過長，導致測試結果明顯不正確。

探頭的GND和信號兩個探測點的距離也非常重要，當兩點相距較遠，會有很多EMI噪聲輻射到探頭的信號回路中（如下圖所示），示波器觀察的波形包括了其他信號分量，導致錯誤的測試結果。所以要盡量減小探頭的信號與地的探測點間距，減小環路面積。

　　在隔離電源中，會產生大量流經探針接地連接點的共模電流。這就在電源接地連接點和示波器接地連接點之間形成了壓降，從而表現為紋波。要防止這一問題的出現，我們就需要特別注意電源設計的共模濾波。另外，將示波器引線纏繞在鐵氧體磁心周圍也有助于最小化這種電流。這樣就形成了一個共模電感器，其在不影響差分電壓測量的同時，還減少了共模電流引起的測量誤差。下圖顯示了該完全相同電路的紋波電壓，其使用了改進的測量方法。這樣，高頻峰值就被真正地消除了。

1.有條件的話使用隔直板+同軸電纜的配置，同軸電纜能很好的抑制空間中的輻射。

2.單純使用示波器測量的話，地線夾要盡可能短，并繞在探針上，即成環最小；有條件的話，將示波器引線纏繞在鐵氧體磁芯上。

3.最好直接測量電源模塊的輸出引腳。

使用同軸電纜

電源紋波應該采用同軸電纜測試

同軸電纜測試的結果較為準確，且受到人為因素的影響較小（焊接在單板上結果較穩定）；缺點為測試需要焊接，若測試點較多，耗費時間較長，若操作不甚，還有可能會損壞單板。

同軸電纜測試工作原理圖如下：

測試點選擇

焊接位置選取靠近被測對象的濾波電容處（即離芯片管腳最近，條件允許的情況下，優先選取背面的電容進行測試，靠近芯片管腳是為了更真實的測到負載的情況），如有空焊盤亦可選取

測試時，測試點盡量選取小電容作為測試點；現在所用電容，特別是BGA的去耦電容，封裝都比較小，一般為0201。為方便測試，可在電纜上焊接不大于0.5cm的漆包線，地線可以選擇最近的地 。

若被測對象同一網絡電源管腳較分散，一般盡量選取靠近負載且離電源源端較遠的點，如果同一網絡分散在芯片周圍，應至少選取兩個離電源源端較遠的點進行測試。

示波器的設置

測試項解讀：

測試項 MAX：當前屏幕波形中的最大值。

測試項 MIN：當前屏幕波形中的最小值。

測試項 PK-PK：當前屏幕波形中的峰峰值。

圖中每一個測試項有五個值，第一個值為當前屏幕的值，第二個值μ為RUN到STOP的統計平均值，第三個值m為RUN到STOP的統計最小值，第四個值M為RUN到STOP的統計最大值，第五個值σ為標準差，上面Acqs為統計次數。

紋波讀取MAX,MIN,PK-PK的值（MAX PK-PK記錄最大值，MIN記錄最小值），上圖中，噪聲的PK-PK值為32mv，MAX值為16mv，MIN值為-18.4mv。