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         伴隨著科技的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的種類日漸增多，性能也逐步提高，并已滲透到人類生產(chǎn)生活的各方各面。電子產(chǎn)品的內(nèi)部電路高度集成化，計算速度也越來越快。而工程師在設(shè)計下一代電子產(chǎn)品時，對于超低功耗(Ultra-LowPower)以及更快系統(tǒng)時鐘和超高數(shù)據(jù)速率的極致追求，延續(xù)了電源直流電壓越來越低、輸出電壓精度要求越來越高的趨勢。

       這種趨勢讓電源設(shè)計面臨嚴峻挑戰(zhàn)，絕大部分電子產(chǎn)品設(shè)計團隊現(xiàn)在都需要考慮直流電源的信號完整性問題。開關(guān)電源中濾波電路的缺陷以及開關(guān)管通斷產(chǎn)生的高頻噪聲，會引起紋波和噪聲的產(chǎn)生。這不僅會降低電源效率，而且有可能引發(fā)干擾和故障。在數(shù)字電路中，直流電源的噪聲也會是系統(tǒng)時鐘和數(shù)據(jù)抖動的重要貢獻者。

        因而，能夠擁有一臺可測量直流電源微小變化，并能觀察到信號更多細節(jié)的高精度儀表，同時又對直流電源紋波和噪聲的測量方法了如指掌，將會是對電源設(shè)計工程師更高的基本要求。

     那首先，讓我們先對直流電源紋波及噪聲有一個初步的認識，然后針對測量中常遇到的疑惑或者影響測量的諸多因素做簡要分析，同時提出相應(yīng)的解決方案。

直流電壓/電流中，疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量，用電壓和電流的均方根值(mVrms/mArms)或峰峰值（mVpp/mApp）來表示。

紋波和噪聲是直流電平上的雜波信號，包含周期性與隨機性兩種成分。其中，周期性成分在直流電壓上下輕微波動，就像水平面上波動的水紋一樣，所以被稱之為紋波。紋波的頻率，通常由開關(guān)頻率的基波和諧波組成。噪聲主要由開關(guān)管導通或截止瞬間產(chǎn)生的高頻脈沖引起，當然也有電源受到的外界電磁場輻射或傳導干擾的影響。紋波和噪聲無法避免，只能通過相應(yīng)設(shè)計將其減少到合理程度，比如使用合適的濾波器來濾除。

6、帶來噪聲干擾，引起音頻、視頻設(shè)備產(chǎn)生噪音或畫面不穩(wěn)定。

紋波和噪聲的主要來源：
1、低頻紋波：
主要是由50Hz工頻及其諧波成分組成，幅值小，容易濾除，線性直流電源的紋波甚至可以做到1mVrms以下。

2、高頻紋波：
主要是來源于開關(guān)電路，開關(guān)管在導通和截止的過程中會形成高頻干擾。與此同時，二極管在反向恢復瞬間，相當于一個電阻和電感的串聯(lián)等效電路，引起諧振。高頻變壓器的漏感，也會形成高頻干擾。高頻紋波，幅值通常會比低頻紋波大許多。
通常情況下，高頻紋波的大小與開關(guān)電源的頻率以及輸出濾波器相關(guān)聯(lián)。頻率越高、濾波器電感和電容值越大，輸出紋波越小。

3、共模噪聲
功率器件與散熱器底板和變壓器原邊及副邊之間存在寄生電容，導線也存在寄生電感。當電壓作用于功率器件時，導致開關(guān)電源輸出端形成共模噪聲。

4、開關(guān)器件形成的紋波
開關(guān)管的導通和截止，會引起電感中的電流隨著輸出電流的有效值上下波動，故而在電源輸出端能看到與開關(guān)頻率一致的紋波。

5、調(diào)節(jié)控制環(huán)路引起的紋波和噪聲
開關(guān)電源中的控制回路，并不是完全實時響應(yīng)，有一定的響應(yīng)時間，無法做到完全的線性調(diào)節(jié)。進而導致輸出電壓在瞬間會忽高忽低的變化，造成電源的振蕩，形成紋波和噪聲。

影響電源紋波和噪聲測試精度的主要是因素：
1、探頭衰減系數(shù)
示波器有源探頭或標配無源探頭，一般都是10X衰減比例，和示波器連接后，最小垂直刻度會從1mV/div變成10mV/div。此時示波器的本底噪聲會對小電壓的紋波和噪聲測量結(jié)果影響很大。故而在測量非常微弱的信號時，要求使用1X衰減比例的探頭或無源傳輸線探頭直接將信號引入示波器。

2、探頭接地方式
示波器探頭，有接地鱷魚夾和接地彈簧針2種接地方式可以選擇。接地鱷魚夾由于使用方便，受到大多數(shù)工程師的青睞。但在測試電源紋波和噪聲等微弱信號時，需要考慮地線回路對測量的影響。若地線過長或接地點與信號點離得太遠，可能會引入高速芯片的近場EMI輻射噪聲。

為減小探頭在電源附近受電磁輻射的影響，有以下方法可以參考使用：
①摘去示波器探頭帽和接地鱷魚夾；
②使用接地彈簧針，并選擇離信號點最近的接地點接地；
③在探頭接入點并聯(lián)小電解電容或瓷片電容；
此外，將示波器探頭引線繞在鐵芯上，以減小共模電流，此操作不會對差分電壓測試有影響，但會降低由共模電流引起測量誤差的共模電感。在隔離電源中，共模電流是由探頭接地引線中的電流形成的。這使得電源地和示波器地之間形成電壓降，表現(xiàn)為紋波。

3、示波器耦合方式、直流偏置的范圍
AC耦合方式
還可以濾除被測信號的直流分量，示波器僅觀察被測信號的交流分量；
還可以配合更小的示波器垂直檔位，觀察電源紋波和噪聲等交流分量的細節(jié)。
DC耦合方式和直流偏置的范圍
被測信號含有的直流分量和交流分量都可以在示波器上觀察；
還可以同時觀察0V電平與直流輸出電平，但若需觀察電源紋波和噪聲的局部放大細節(jié)，則需要示波器有足夠的電壓偏置的范圍。

4、輸入阻抗
通常情況下，示波器無源探頭大多數(shù)都是1MΩ以上的高阻輸入阻抗，對應(yīng)的示波器通道也需要設(shè)置1MΩ高阻輸入。
當使用1X的傳輸線探頭，示波器若設(shè)置為高阻輸入，則會造成與同軸電纜的50Ω阻抗不匹配，引起電源噪聲的反射，測量所得到的結(jié)果往往會大于50Ω示波器輸入阻抗的真實測試結(jié)果。使用1X傳輸線探頭時，示波器通道輸入阻抗應(yīng)當選擇50Ω匹配阻抗。
主要是因為示波器選擇50Ω輸入阻抗，耦合方式只能選擇DC耦合。而示波器的偏置的范圍有限，故而對于輸出電壓較大的電源，還需要增加隔直電路。

5、示波器垂直檔位（垂直靈敏度）
通常情況下，示波器的最小垂直檔位有2~4mV/div。市面上也有為了測量更小電壓信號而設(shè)計的示波器，其垂直檔位最小還可以到1mV/div（如RigolDS4000/6000系列），甚至500uV/div（如RigolDS2000A系列）。

示波器還可以通過調(diào)節(jié)合適的垂直檔位，使波形整體呈現(xiàn)在屏幕上。Rigol示波器還支持垂直檔位微調(diào)功能，在更小的范圍內(nèi)進一步調(diào)整垂直檔位，以改善ENOB（動態(tài)有效位）。如果輸入的波形幅度在當前檔位略大于滿刻度，而使用下一檔位波形顯示的幅度又稍低，則還可以使用微調(diào)改善波形顯示幅度，方便觀察信號細節(jié)。

垂直檔位的調(diào)節(jié)的范圍與當前設(shè)置的探頭比例有關(guān)。默認情況下，探頭衰減比例為1X，垂直檔位的調(diào)節(jié)的范圍為1mV/div至5V/div。若探頭比衰減比例為10X，垂直檔位的調(diào)節(jié)的范圍即調(diào)整為10mV/div至50V/div。

示波器在測試5V的直流電壓時，要想觀察到mV級的紋波電壓變化細節(jié)，必然要將垂直檔位盡量調(diào)到較小檔位上進行測量。

而在1mV/div這么小的垂直檔位上，示波器的動態(tài)范圍僅±4-5mV（視示波器垂直檔位格數(shù)而定）。5V電壓對于±5mV的動態(tài)范圍顯然太大，無法在垂直格數(shù)僅8-10div的示波器上觀察。故而需要使用AC耦合方式濾除直流分量，或者調(diào)節(jié)垂直偏置電壓到5V，這樣就可以觀察到紋波和噪聲的信號細節(jié)。一般而言，示波器很難調(diào)節(jié)到如此大的偏置電壓，故而使用AC耦合方式居多。

6、帶寬限制
由電源引起的紋波噪聲頻率通常都比較低，因而在進行電源紋波和噪聲測量時，常常使用帶寬限制功能，以隔離高頻噪聲對測試結(jié)果的影響。帶寬限制的參數(shù)，大多數(shù)選擇在20MHz；若要評估所有頻段或部分頻段上電源的噪聲情況，則需要選擇其他的限制帶寬參數(shù)，如100MHz/200MHz/250MHz。

7、測試環(huán)境
不一樣的測試環(huán)境，也可能會得到不一樣的測試結(jié)果。可以規(guī)定以下測試要求：
①溫濕度：室內(nèi)，溫度(20±5)℃，濕度小于80%；
②盡量減少對測量有影響的機械震動及電磁干擾；
③測量儀器與待測電源放置在以上的測試環(huán)境下24h以上；
④測量儀器在進行正式測量之前，預(yù)熱半小時以上。

8、其他因素
①測試時，要求在加載狀態(tài)下進行測量；
②電源的負載要選擇純阻性負載，也可使用電子負載；
③負載拉載時，要使直流電源輸出電流大于電源額定輸出電流的80%以上；
④接線要盡可能短，以減少測量系統(tǒng)從外界引入的噪聲影響。