紋波是電源的核心指標(biāo)，但如何準(zhǔn)確測量紋波確實一個被廣泛忽略的問題。也許您認(rèn)為不就是示波器交流耦合，然后把探頭點在電源上嘛,？事實遠(yuǎn)非如此,，本文為您呈現(xiàn)紋波測試的正確方式,。

　　探頭的選擇

　　在十幾年前，很多公司的電源測試標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的規(guī)定,，要求使用1:1 探頭進(jìn)行測量,。因為這種探頭不會損失示波器的測量檔位，比如示波器原來最小檔位是2mv/div,，使用1:1探頭就仍然可以通過這個檔位測量紋波,，即可以準(zhǔn)確測量出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。

　　目前常用的電源測量探頭是10:1無源探頭,、100:1無源探頭,、高壓差分探頭。探頭的選擇上首先要考慮電壓范圍,，被測電壓不要超出探頭允許的范圍,。比如說一般的10:1的無源探頭，其低頻耐壓值是300VRMS,，且隨著頻率的升高而降低,。如圖1所示。使用之前要測量信號的電壓范圍在此范圍內(nèi),。否者將無法進(jìn)行正確的測量,。

圖1  10:1無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底噪的放大,，從而判斷信號的真實有效部分,。采用探頭測量時的示意圖如圖2所示，其中Gn1是虛擬的一個噪聲源,，表示示波器的本低噪聲,，而Gn2表示探頭的本底噪聲。由于信號經(jīng)過了探頭的衰減,，為了還原真實信號的大小,，示波器內(nèi)部會對信號再進(jìn)一步放大，而此時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500倍的放大，其本底噪聲就達(dá)到了1V,。此時就需要考慮,，1V的噪聲是否在允許范圍內(nèi)。如果您的被測系統(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長的接地夾線,。如圖3所示,，這種接地方式，確實是一種簡單方便的接地方式,，但是卻并不是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、?zhǔn)確的接地方式。

　　圖3  接地夾線示意圖

　　由于地夾線比較長,，其會形成一個寄生電感Lgnd,，隨著夾線的增長，這個電感也會增大,，而這個回路電感會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,。開關(guān)電源，隨著開關(guān)管的開合,，不僅僅產(chǎn)生了電源紋波,，同時也產(chǎn)生了很多電磁干擾，通過空間進(jìn)行輻射,，而這部分輻射就會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)致這部分信號對測量的干擾非?？捎^,。電磁干擾雖然也可以說是電源的一項參數(shù)，但是這部分信號是無法通過示波器探頭來進(jìn)行準(zhǔn)確測量的,，測量出來的值是毫無意義的,。

圖5  電磁輻射示意圖

　　因為以上兩點，所以在測試電源紋波時,，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)測量結(jié)果真實性的方法,。但是有些情況卻無法按這兩點來操作。比如利用高壓差分探頭進(jìn)行測量,，一般有兩個衰減比可以選擇：50:1（MAX 130V）,、500:1（MAX 1300V）。若測量的電壓是200V,，這時便發(fā)現(xiàn)只能選用500:1的探頭衰減比,。而按第一部分內(nèi)容中的計算可知，本底噪聲有1V左右,，這個底噪就有些偏大了,，會影響最終的結(jié)果。再比如有些測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,，但是這樣又會引入大量的電磁輻射干擾。

　　這時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)心的信號被濾除掉，這就需要使用低通濾波器了,。

　　示波器都會有一個20M帶寬限制的功能,，就是為了降低底噪和輻射干擾，將關(guān)心的信號從一堆混亂的信號中摘出來,。但是隨著開關(guān)電源頻率的升高,，頻率的多樣化，一個固定的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是濾波器對底噪和電磁輻射干擾的抑制效果,。

　圖8  數(shù)字濾波器對底噪的降低

圖9  數(shù)字濾波器對電磁輻射干擾的抑制

　　您在測量時,，只需要預(yù)估一下自己想要測量的頻率范圍，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,。使得測量更加準(zhǔn)確。

　　結(jié)果的分析

　　測量出電源紋波后,，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、最大值統(tǒng)計,、最小值統(tǒng)計等,。還有強(qiáng)大的FFT功能。我們可以通過FFT功能,，對得到的紋波波形進(jìn)行頻率上的分析,，這樣可以準(zhǔn)確的知道每個頻點上的噪聲大小。這樣就可以更加準(zhǔn)確的得到由開關(guān)引起的紋波大小,，如圖10所示：

　　圖10  FFT對紋波結(jié)果進(jìn)行分析

　　這里指出了一些測量電源紋波的一些注意事項,，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信號的電壓范圍來選取,，同時還要考慮探頭衰減比對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,，將我們需要的信號從“紛紛擾擾”的噪聲中提取出來。使得結(jié)構(gòu)更加精確,。

　　4,、通過FFT的后期分析功能，可以更加準(zhǔn)確的測量開關(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)電源測量場景。同時ZDS4000示波器還具有強(qiáng)大的環(huán)路分析功能,，可以對電源做進(jìn)一步的環(huán)路分析,，使電源兼顧穩(wěn)定與快速響應(yīng)。