凡亿教育-婷婷
凡事用心,一起进步
打开APP
公司名片
凡亿专栏 | 电源纹波测试:为什么你的测量结果总是不对?
电源纹波测试:为什么你的测量结果总是不对?

做过电源设计的朋友,基本都绕不开纹波测试这个环节。说起来这事儿不复杂——接上示波器,看个波形,完事儿。但你有没有发现,同样的电源,别人测出来纹波50mV,你测出来200mV;今天测80mV,明天测出来150mV。这不是玄学,大概率是你的测量方法有问题。

57d99b6c45424820b629bc89ca8898.png

说实话,我带过的工程师里,十个有八个在纹波测试上都踩过坑。今天就把这些坑都扒开来,咱们好好聊聊到底该怎么测。

一、那些年我们一起踩过的坑1. 探头接地线——万恶之源

很多人测纹波,直接抄起示波器探头往板子上一戳,接地夹线一夹就开始看波形。问题就出在这个"接地夹线"上。

这条长长的接地线其实就是一个天线,开关电源的EMI噪声、高频谐波,全被它收进来了。你以为你在测纹波,其实你测的是一堆杂乱的噪声叠加。20MHz以内的噪声它能收,20MHz以外的高频它也能收,最后出来的波形惨不忍睹。

按我的经验,这种测量方式测出来的波形,噪声能占总幅值的60%以上。

2. 带宽限制——被忽视的设置

示波器的带宽上限通常很高,100MHz、200MHz甚至更高。但测纹波根本不需要这么高的带宽。

开关电源的开关频率一般在100kHz到1MHz之间,开关谐波主要分布在几MHz到几十MHz范围。如果你把示波器带宽设成全开,那些和纹波无关的高频噪声全进来了。正确的做法是把带宽限制在20MHz,既能覆盖有用的纹波信号,又能滤掉大部分噪声。

3. 测量位置——你真的找对了吗?

有些工程师测纹波,探头随便找个地方就测,或者干脆测在电感两端。电感两端的电压波形?那可不是纹波,那是开关节点波形,尖峰能到几MHz甚至几十MHz,测出来的数据完全没有参考价值。

真正该测的位置是电源的输出电容两端。这里才是纹波的真实反映。

4. 探头衰减比——1x还是10x?

这个问题问的人不多,但踩坑的人不少。

1x探头没有衰减,信号直接进入示波器,但示波器的输入电容比较大,会影响测量;10x探头有10倍衰减,输入电容小,对电路影响小,但噪声会被放大。

测纹波一般推荐用10x档位。不过要注意,衰减比设置错了,示波器显示的数值会差10倍。

二、正确的测量姿势

说了这么多错误做法,到底该怎么测?记住这几条:

1. 接地弹簧替代接地夹线

这是最关键的一步。买探头的时候通常会附带一个接地弹簧,把这个弹簧接在探头尖端,替代原来的接地夹线。弹簧形成的环路面积只有几毫米,引入的噪声可以忽略不计。

如果没有弹簧,用一段硬质铜丝自己弯一个也行,长度控制在1cm以内。

3d1d3f44c47acb16e68107a908319a.png


图1:左侧错误方法-长接地夹线;右侧正确方法-接地弹簧

2. 带宽限制在20MHz

在示波器的通道设置菜单里,找到"带宽限制"选项,选择20MHz或者"低通"模式。有些示波器叫"Bandwidth Limit",有些叫"HLimit",找一下就能看到。

这一步能滤掉大部分和纹波无关的高频噪声。

3. 测量点选在输出电容两端

探头尖端接在输出电容的正极,接地弹簧接在输出电容的负极。如果电容是贴片的,探头不好接触,可以找附近离电容最近的测试点。

记住:电感旁边不能测,芯片输入输出管脚也不能随便测。

4. 探头档位选10x

把探头侧面的档位拨到10x,示波器也要相应设置成10x模式。这样测量结果才是准确的。

5. 示波器耦合方式选择交流耦合

示波器输入耦合有三种模式:DC、AC、GND。测纹波选AC耦合,这样可以把直流分量滤掉,只看交流成分。如果选了DC耦合,波形会带着直流电平一起显示,纹波的细节反而看不清楚。

三、对比一下,差距有多大?

同样是测一个12V转5V的DC-DC降压电源,用错误的测量方法和正确的测量方法,测出来的波形能差多少?

663f99e3c68426fa7a6ad12187bb42.png

图2:错误测量 vs 正确测量的波形对比

错误方法:长接地夹线 + 全带宽 + 电感附近测量 → 波形上全是毛刺和噪声,峰峰值能到200mV以上,看着心惊肉跳。

正确方法:接地弹簧 + 20MHz带宽限制 + 输出电容两端测量 → 波形干净利落,峰峰值通常在30-50mV,这才是真实的纹波水平。

如果你之前测出来的纹波特别大,先别急着改电路参数,把测量方法检查一遍,很可能是虚惊一场。

四、进阶技巧

基础测量方法掌握了,如果想测得更准确,可以看看这几个进阶技巧:

差分探头测量

对于没有地平面的板子,或者测量点距离示波器比较远的情况,普通单端探头测起来不方便。这时候可以上差分探头。差分探头两个输入端都浮空,不受接地限制,而且抗干扰能力更强。

当然,差分探头价格不便宜,入门级也要几百块,有条件的话备一个很实用。

近场探头辅助定位噪声源

如果你的电路板上纹波和噪声都比较严重,想定位噪声是从哪里来的,可以用近场探头配合频谱分析功能。近场探头能感应出附近的磁场变化,配合示波器的FFT功能,可以快速找到噪声来源。

255a7d63395ee16a555b35d766bce2.png

图3:正确测量方法要点

不同负载下的纹波测试

电源的纹波大小和负载电流有关系。建议测试的时候分别测空载、轻载(20%负载)、满载三种情况。有些电源在轻载时纹波反而更大,这和芯片的控制策略有关。

五、纹波和噪声,你分清了吗?

最后聊一个容易被混淆的概念:纹波和噪声不是一回事。

开关纹波是由开关动作引起的周期性波动,频率固定,和开关频率或其谐波相关,幅度相对稳定。

噪声则是随机的、不规则的干扰,可能来自外部EMI、内部寄生参数耦合等多种因素,频率成分复杂,幅度也可能波动。

从频谱上看:纹波是离散的谱线,噪声是连续的背景。
从时域上看:纹波是平滑的周期波形,噪声则是密密麻麻的毛刺。

判断电源是否合格,主要看纹波的峰峰值是否在设计指标范围内,噪声只要不影响系统正常工作就行。

总结一下

测纹波这事,说难不难,说简单也不简单。关键就是几个细节:

  • 接地线一定要短,用弹簧替代夹线
  • 带宽限制20MHz,别让无关噪声进来
  • 测量点在输出电容两端,不是电感旁边
  • 探头档位和示波器设置要匹配
  • 耦合方式选AC

把这几点做到位,你测出来的纹波数据才有参考价值。下次再测纹波的时候,先把这几条过一遍,别一上来就怼着板子测。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表凡亿课堂立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容图片侵权或者其他问题,请联系本站作侵删。
相关阅读
进入分区查看更多精彩内容>
精彩评论

暂无评论