紋波是電源的核心指標(biāo)，但如何準(zhǔn)確測(cè)量紋波確實(shí)一個(gè)被廣泛忽略的問(wèn)題。也許您認(rèn)為不就是示波器交流耦合,，然后把探頭點(diǎn)在電源上嘛？事實(shí)遠(yuǎn)非如此,，本文為您呈現(xiàn)紋波測(cè)試的正確方式。

　　探頭的選擇

　　在十幾年前,，很多公司的電源測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的規(guī)定,，要求使用1:1 探頭進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)檫@種探頭不會(huì)損失示波器的測(cè)量檔位,，比如示波器原來(lái)最小檔位是2mv/div,，使用1:1探頭就仍然可以通過(guò)這個(gè)檔位測(cè)量紋波，即可以準(zhǔn)確測(cè)量出10mv以內(nèi)的紋波,。但是由于這種探頭的帶寬只能做到6MHz左右,，所以隨著開(kāi)關(guān)電源頻率的提升，這種探頭便不再適合使用,。

　　目前常用的電源測(cè)量探頭是10:1無(wú)源探頭,、100:1無(wú)源探頭、高壓差分探頭,。探頭的選擇上首先要考慮電壓范圍,，被測(cè)電壓不要超出探頭允許的范圍。比如說(shuō)一般的10:1的無(wú)源探頭,，其低頻耐壓值是300VRMS,，且隨著頻率的升高而降低。如圖1所示,。使用之前要測(cè)量信號(hào)的電壓范圍在此范圍內(nèi),。否者將無(wú)法進(jìn)行正確的測(cè)量。

圖1  10:1無(wú)源探頭輸入額定電壓曲線

　　除此之外,，還需要考慮探頭衰減比對(duì)底噪的放大,，從而判斷信號(hào)的真實(shí)有效部分,。采用探頭測(cè)量時(shí)的示意圖如圖2所示,，其中Gn1是虛擬的一個(gè)噪聲源，表示示波器的本低噪聲,，而Gn2表示探頭的本底噪聲,。由于信號(hào)經(jīng)過(guò)了探頭的衰減，為了還原真實(shí)信號(hào)的大小,，示波器內(nèi)部會(huì)對(duì)信號(hào)再進(jìn)一步放大,，而此時(shí)Gn1和Gn2也就跟著被放大,，其放大倍數(shù)就是衰減比的倒數(shù)。所以衰減倍數(shù)越大,，其測(cè)量系統(tǒng)的本底噪聲也就被放大的越多,。

　　圖2  底噪放大示意圖

　　例如使用500：1高壓差分探頭進(jìn)行測(cè)量，示波器本底噪聲是1mv,，探頭噪聲為為1mv,，這樣累加噪聲是2mv，再經(jīng)過(guò)500倍的放大,，其本底噪聲就達(dá)到了1V,。此時(shí)就需要考慮，1V的噪聲是否在允許范圍內(nèi),。如果您的被測(cè)系統(tǒng)紋波本身也就只有1V或者更小,，那1V的噪聲顯然是不允許的。

　　接地方式的選擇

　　傳統(tǒng)的使用習(xí)慣上,，示波器的接地方式就是那根長(zhǎng)長(zhǎng)的接地夾線,。如圖3所示，這種接地方式,，確實(shí)是一種簡(jiǎn)單方便的接地方式,，但是卻并不是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?zhǔn)確的接地方式,。

　　圖3  接地夾線示意圖

　　由于地夾線比較長(zhǎng),，其會(huì)形成一個(gè)寄生電感Lgnd，隨著夾線的增長(zhǎng),，這個(gè)電感也會(huì)增大,，而這個(gè)回路電感會(huì)和示波器探頭的輸入電容Cin產(chǎn)生諧振。這就導(dǎo)致示波器的幅頻特性變得不平坦,，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確,。其等效電路如圖4所示：

圖4  接地夾線等效電路圖

　　但是這還不是接地夾線最致命的。開(kāi)關(guān)電源,，隨著開(kāi)關(guān)管的開(kāi)合,，不僅僅產(chǎn)生了電源紋波，同時(shí)也產(chǎn)生了很多電磁干擾,，通過(guò)空間進(jìn)行輻射,，而這部分輻射就會(huì)被接地夾線與探頭形成的線圈給接收到，再加上示波器是高阻輸入的,，就導(dǎo)致這部分信號(hào)對(duì)測(cè)量的干擾非?？捎^。電磁干擾雖然也可以說(shuō)是電源的一項(xiàng)參數(shù),，但是這部分信號(hào)是無(wú)法通過(guò)示波器探頭來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的,，測(cè)量出來(lái)的值是毫無(wú)意義的,。

圖5  電磁輻射示意圖

　　因?yàn)橐陨蟽牲c(diǎn)，所以在測(cè)試電源紋波時(shí),，是不應(yīng)該使用接地夾線的,，而應(yīng)該使用接地彈簧。如圖6所示,，這樣既降低了環(huán)路電感從而保證了較好的幅頻特性,，又降低了電磁輻射的引入。

　　圖6  接地彈簧示意圖

　　如果是使用的高壓差分探頭,，則應(yīng)該將兩根輸入線雙絞在一起,，如圖7所示，用以降低環(huán)路面積,。

　　圖7  高壓差分探頭輸入線雙絞示意圖

　　濾波器的應(yīng)用

　　上面講了兩種情況,，是能夠有效的增強(qiáng)測(cè)量結(jié)果真實(shí)性的方法。但是有些情況卻無(wú)法按這兩點(diǎn)來(lái)操作,。比如利用高壓差分探頭進(jìn)行測(cè)量,，一般有兩個(gè)衰減比可以選擇：50:1（MAX 130V）、500:1（MAX 1300V）,。若測(cè)量的電壓是200V,，這時(shí)便發(fā)現(xiàn)只能選用500:1的探頭衰減比。而按第一部分內(nèi)容中的計(jì)算可知,，本底噪聲有1V左右,，這個(gè)底噪就有些偏大了，會(huì)影響最終的結(jié)果,。再比如有些測(cè)量情況下不方便固定接地彈簧,，而必須使用接地夾線進(jìn)行固定，但是這樣又會(huì)引入大量的電磁輻射干擾,。

　　這時(shí)候就需要使用濾波器了,。噪聲和電磁輻射的干擾也和正常信號(hào)一樣，也是分頻段的,。如果我們把一部分頻段的噪聲濾除掉,，就可以大大降低底噪和輻射干擾。但是我們又不希望關(guān)心的信號(hào)被濾除掉,，這就需要使用低通濾波器了,。

　　示波器都會(huì)有一個(gè)20M帶寬限制的功能，就是為了降低底噪和輻射干擾,，將關(guān)心的信號(hào)從一堆混亂的信號(hào)中摘出來(lái),。但是隨著開(kāi)關(guān)電源頻率的升高，頻率的多樣化,，一個(gè)固定的20M帶寬限制顯然已經(jīng)不再夠用了,。為此ZDS4000系列示波器集成了一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)字濾波器功能，其通帶頻率可以任意設(shè)置,，最高到200MHz,。圖8和圖9是濾波器對(duì)底噪和電磁輻射干擾的抑制效果。

　圖8  數(shù)字濾波器對(duì)底噪的降低

圖9  數(shù)字濾波器對(duì)電磁輻射干擾的抑制

　　您在測(cè)量時(shí),，只需要預(yù)估一下自己想要測(cè)量的頻率范圍,，然后設(shè)置好數(shù)字濾波器，就可以使你的示波器擁有更低的底噪,。使得測(cè)量更加準(zhǔn)確,。

　　結(jié)果的分析

　　測(cè)量出電源紋波后，ZDS4000示波器還具有很多后期數(shù)據(jù)分析功能如峰峰值統(tǒng)計(jì),、最大值統(tǒng)計(jì),、最小值統(tǒng)計(jì)等。還有強(qiáng)大的FFT功能,。我們可以通過(guò)FFT功能,，對(duì)得到的紋波波形進(jìn)行頻率上的分析，這樣可以準(zhǔn)確的知道每個(gè)頻點(diǎn)上的噪聲大小,。這樣就可以更加準(zhǔn)確的得到由開(kāi)關(guān)引起的紋波大小,，如圖10所示：

　　圖10  FFT對(duì)紋波結(jié)果進(jìn)行分析

　　這里指出了一些測(cè)量電源紋波的一些注意事項(xiàng)，歸納如下：

　　1,、探頭的選擇,，需要結(jié)合探頭的耐壓范圍和被測(cè)信號(hào)的電壓范圍來(lái)選取，同時(shí)還要考慮探頭衰減比對(duì)本底噪聲的放大作用,。

　　2,、接地方式的選擇，應(yīng)該盡可能的降低接地回路,，如使用接地彈簧,。這樣既能改善幅頻曲線，又能降低電磁輻射的干擾,。

　　3,、靈活的使用數(shù)字濾波器，將我們需要的信號(hào)從“紛紛擾擾”的噪聲中提取出來(lái),。使得結(jié)構(gòu)更加精確,。

　　4、通過(guò)FFT的后期分析功能,，可以更加準(zhǔn)確的測(cè)量開(kāi)關(guān)頻率上的噪聲大小,。

　　ZDS4000示波器具有靈活的數(shù)字濾波器和強(qiáng)大的FFT功能，可以完美使用于大多數(shù)電源測(cè)量場(chǎng)景。同時(shí)ZDS4000示波器還具有強(qiáng)大的環(huán)路分析功能,，可以對(duì)電源做進(jìn)一步的環(huán)路分析,，使電源兼顧穩(wěn)定與快速響應(yīng)。