DC/DC模塊的電源紋波和噪聲的測(cè)量方案

　　測(cè)量DC/DC電源的紋波和噪聲沒(méi)有一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。不同廠家的測(cè)試環(huán)境以及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都不太一樣，導(dǎo)致很多人很迷惑。接下來(lái)PRBTEK給大家分享一隨著開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)速度不斷的提升，在使用開(kāi)關(guān)型的DC/DC電源的時(shí)候，要特別關(guān)注輸入輸出電源的紋波。個(gè)簡(jiǎn)單可靠的電源紋波的測(cè)試方法：

　　1、無(wú)源探頭DC耦合測(cè)試

　　使用無(wú)源探頭DC耦合測(cè)試，示波器內(nèi)部設(shè)置為DC耦合，耦合阻抗為1Mohm，此時(shí)無(wú)源探頭的地線接主板地，信號(hào)線接待測(cè)電源信號(hào)。這種測(cè)量方法可以測(cè)到除DC以外的電源噪聲紋波。

　　如下圖所示，當(dāng)采用普通的鱷魚(yú)夾探頭時(shí)，由于地和待測(cè)信號(hào)之間的環(huán)路太大，而探頭探測(cè)點(diǎn)靠近高速運(yùn)行的IC芯片，近場(chǎng)輻射較大，會(huì)有很多EMI噪聲輻射到探頭回路中，使測(cè)試的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。為了改善這種情況，推薦用無(wú)源探頭測(cè)試紋波時(shí)，使用圖中的探頭，將地信號(hào)纏繞在信號(hào)引腳上，相當(dāng)于在地和信號(hào)之間存在一個(gè)環(huán)路電感，對(duì)高頻信號(hào)相當(dāng)于高阻，有效抑制由于輻射產(chǎn)生的高頻噪聲。更多時(shí)候，建議測(cè)試者采用第三種測(cè)試方法，將一個(gè)漆包線繞在探頭上，然后將漆包線的焊接到主板地網(wǎng)絡(luò)上，移動(dòng)探頭去測(cè)試每一路電源紋波噪聲。同時(shí)無(wú)源探頭要求盡量采用1:1的探頭，杜絕使用1:10的探頭。

　　無(wú)源探頭地線兩種處理方法：

　　對(duì)于示波器，若垂直刻度為xV/div，示波器垂直方向?yàn)?0div，滿(mǎn)量程為10xV，示波器采樣AD為8位，則量化誤差為10x/256 V。例如一個(gè)1V電源，噪聲紋波為50mV，如果要顯示這個(gè)信號(hào)，需要設(shè)置垂直刻度為200mV/div，此時(shí)量化誤差為7.8mV，如果把直流1V通過(guò)offset去掉，只顯示紋波噪聲信號(hào)，垂直刻度設(shè)置為10mV即可，此時(shí)的量化誤差為0.4mV。

　　使用無(wú)源探頭DC耦合測(cè)試，示波器設(shè)置如下：

　　(1)1Mohm端接匹配;(2)DC耦合;(3)全帶寬;(4)offset設(shè)置為電源電壓;

　　2、無(wú)源探頭AC耦合測(cè)試

　　使用無(wú)源探頭DC耦合需要設(shè)置offset，對(duì)于電源電壓不穩(wěn)定的情況，offset設(shè)置不合理，會(huì)導(dǎo)致屏幕上顯示的信號(hào)超出量程，此時(shí)選擇AC耦合，使用內(nèi)置的擱置電路來(lái)濾去直流分量。

　　3、 同軸線外部隔直電容DC50歐耦合測(cè)試

　　由于無(wú)源探頭的帶寬較低，而電源開(kāi)關(guān)噪聲一般都在百M(fèi)Hz以上，同時(shí)電源內(nèi)阻一般在幾百毫歐以?xún)?nèi)，選擇高阻1Mohm的無(wú)源探頭對(duì)于高頻會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象，因此可以選擇用同軸線來(lái)代替無(wú)源探頭，此時(shí)示波器端接阻抗設(shè)置為50歐，與同軸線阻抗相匹配，根據(jù)傳輸線理論，電源噪聲沒(méi)有反射，此時(shí)認(rèn)為測(cè)量結(jié)果最準(zhǔn)確。

　　利用同軸線的測(cè)量方法，最準(zhǔn)確的是采用DC50歐，但是大部分示波器在DC50歐時(shí)offset最大電壓為1V，無(wú)法滿(mǎn)足大部分電源的測(cè)量要求，而示波器內(nèi)部端接阻抗為50歐時(shí)，不支持AC耦合，因此需要外置一個(gè)AC電容，如下圖所示，當(dāng)串聯(lián)電容值為10uF時(shí)，根據(jù)表1可以看到，此時(shí)可以準(zhǔn)確測(cè)試到2KHz以上的紋波噪聲信號(hào)。

　　4、同軸線AC1M歐耦合測(cè)試

　　由于從PMU出來(lái)的電源紋波噪聲大多集中在1MHz以?xún)?nèi)，如果采用同軸線DC50外置隔直電容測(cè)量方法，低頻噪聲分量損失較為嚴(yán)重，因此改用下圖所示的測(cè)量方法，利用同軸線傳輸信號(hào)，示波器設(shè)置為AC1M，這樣雖然存在反射，但是反射信號(hào)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)CABLE線折返傳輸后，影響是有限的，示波器在R2上采集電壓值可以認(rèn)為仍然可以被參考。

　　同軸線AC1M測(cè)量圖

　　為了避免反射，在同軸線接到示波器的接口處端接一個(gè)50ohm電阻，使示波器輸入阻抗和cable線特征阻抗匹配。

　　同軸線AC1M測(cè)量改進(jìn)圖

　　5、差分探頭外置電容DC耦合測(cè)試

　　由于示波器的探頭地和機(jī)殼地通過(guò)一個(gè)小電容接在一起，而示波器的機(jī)殼地又通過(guò)三角插頭和大地接在一起，在實(shí)驗(yàn)室里，幾乎所有的設(shè)備地都和大地接在一起，示波器內(nèi)部地線接法如下圖所示，因此上面介紹的兩種方法都無(wú)法解決地干擾問(wèn)題，為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要引入浮地示波器或者差分探頭。

　　示波器內(nèi)部地線接法

　　由于差分探頭為有源探頭，外置差動(dòng)放大器，可以將待測(cè)信號(hào)通過(guò)差分方式接入，使示波器的地和待測(cè)件地隔離開(kāi)，達(dá)到浮地效果。但是差分探頭在示波器內(nèi)部只能DC50歐耦合，而offset最大一般不超過(guò)1V，因此需要在差分探頭上串聯(lián)隔直電容。使用差分探頭測(cè)量時(shí)關(guān)鍵是探頭的CMRR要足夠大，這樣才能有效抑制共模噪聲。

　　下面總結(jié)一下正確的測(cè)量DC/DC開(kāi)關(guān)電源紋波和噪音的方法。

　　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(chǎn)品還有200MHz帶寬限制的選擇)，目的是避免數(shù)字電路的高頻噪聲影響紋波測(cè)量，盡量保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

　　2) 設(shè)置耦合方式為交流耦合，方便測(cè)量(以更小檔位來(lái)仔細(xì)觀測(cè)紋波，不關(guān)心直流電平)。

　　3)保證探頭接地盡量短(測(cè)量紋波動(dòng)輒上百mV的主要原因就是接地線太長(zhǎng))，盡量使用探頭自帶的原裝測(cè)試短針。如果沒(méi)有測(cè)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(zhǎng)度小于1cm。

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