行業(yè)：電源適配器  刷新日期:2021年06月02日  發(fā)布日期:2017年05月09日  本站網(wǎng)址：xtlyd.cn

　　　紋波是電源的一項(xiàng)電性指標(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)在電源上嗎?事實(shí)遠(yuǎn)非如此,這里將為您呈現(xiàn)如何準(zhǔn)確的用示波器測(cè)電源紋波.

　　　▲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,比如示波器原來最小檔位是2mv/div,使用1:1探頭就仍然可以通過這個(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(cè)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(cè)量信號(hào)的電壓范圍在此范圍內(nèi),否者將無法進(jìn)行正確的測(cè)量.

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(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,表示示波器的本底噪聲,而Gn2表示探頭的本底噪聲.由于信號(hào)經(jīng)過了探頭的衰減,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.

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)?、?zhǔn)確的接地方式.

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：

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(shí)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(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)量的干擾非常可觀.電磁干擾雖然也可以說是電源的一項(xiàng)參數(shù),但是這部分信號(hào)是無法通過示波器探頭來進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的,測(cè)量出來的值是毫無意義的.

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.

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.

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.但是有些情況卻無法按這兩點(diǎn)來操作.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.但是隨著開關(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.這里用ZDS4000系列示波器來說明下,它集成了強(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.

數(shù)字濾波器對(duì)底噪的降低

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.

　　　▲在輸出端并聯(lián)一個(gè)電解電容和一個(gè)瓷片電容(后面有一篇文章專門講述了這項(xiàng):為什么紋波測(cè)試時(shí)示波器要并聯(lián)電解和瓷片電容)

　　　我們常?？梢砸姷诫娫催m配器測(cè)試紋波的一個(gè)行業(yè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn):使用示波器帶寬為20MHz 連接到適配器的輸出端,同時(shí)輸出端并聯(lián)一個(gè)47uF 的電解電容和一個(gè)0.1uF 的瓷片電容.在輸出端并聯(lián)電解電容(一般是47uF)是為了隔斷直流干擾,并聯(lián)瓷片電容(一般是0.1uF)是為了濾掉高頻干擾,這個(gè)干擾的頻率遠(yuǎn)比你所測(cè)的紋波頻率要大,最后示波器顯示的讀數(shù)就是你要的紋波數(shù)據(jù)了！

輸出端并聯(lián)一個(gè)電解電容和一個(gè)瓷片電容示意圖

　　　▲結(jié)果的分析

　　　測(cè)量出電源紋波后,ZDS4000系列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.可以通過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)確的得到由開關(guān)引起的紋波大小,如圖10所示：

FFT對(duì)紋波結(jié)果進(jìn)行分析

　　　▲以上指出了一些測(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,使得結(jié)構(gòu)更加精確.

　　　4、在輸出端并聯(lián)一個(gè)電解電容隔斷直流干擾,和一個(gè)并聯(lián)瓷片電容濾掉高頻干擾.

　　　5、通過FFT的后期分析功能,可以更加準(zhǔn)確的測(cè)量開關(guān)頻率上的噪聲大小.
　　　

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