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电源纹波噪声测试方法

发布日期:2017-12-26 10:11:25 【关闭】
摘要:现在的电子电路(比如手机、服务器等领域)的切换速度、信号摆率比以前更高,同 时芯片的封装和信号摆幅却越来越小,对噪声更加敏感。因此,今现在的电路设计者们比以 前会更关心电源噪声的影响。实时示波器是用来进行电源噪声测量的一种常用工具,但是 如果使用方法不对可能会带来完全错误的测量结果,笔者在和用户交流过程中发现很多用 户的测试方法不尽正确,所以把电源纹波噪声测试中需要注意的一些问题做一下总结,供 大家参考。

   现在的电子电路(比如手机、服务器等领域)的切换速度、信号摆率比以前更高,同
时芯片的封装和信号摆幅却越来越小,对噪声更加敏感。因此,今现在的电路设计者们比以
前会更关心电源噪声的影响。实时示波器是用来进行电源噪声测量的一种常用工具,但是
如果使用方法不对可能会带来完全错误的测量结果,笔者在和用户交流过程中发现很多用
户的测试方法不尽正确,所以把电源纹波噪声测试中需要注意的一些问题做一下总结,供
大家参考。

   由于电源噪声带宽很宽,所以很多人会选择示波器做电源噪声测量。但是不能忽略的
是,实时宽带数字示波器以及其探头都有其固有的噪声。如果要测量的噪声与示波器和探
头的噪声在相同数量级,那么要进行精确测量将是非常困难的一件事情。

gooxian-电源纹波噪声


   示波器的主要噪声来源于2个方面:示波器本身的噪声和探头的噪声。

   所有的实时示波器都实用衰减器来调整垂直量程。设置衰减以后示波器本身的噪声会
被放大。比如,当不用衰减器时,示波器的基本量程是5mV/格,假设此时示波器此时
的底噪声是500uVRMS。当把量程改成50mV/格时,示波器会在输入电路中增
加一个10:1的衰减器。为了显示正确的电压信号,示波器最后显示时会把信号再放大
10倍显示。因此此时示波器的底噪声看起来就有5mVRMS了。因此,测量噪声时应
尽可能使用示波器最灵敏的量程档。但是示波器在最灵敏档下通常不具有足够的偏置范围
可以把被测直流电压拉到示波器屏幕中心范围进行测试,因此通常需要利用示波器的AC
耦合功能把直流电平滤掉只测量AC成分。

   基于同样的原因,在电源测量中也应该尽量使用1:1的探头而不是示波器标配的10:1的探头。否则示波器的噪声也会被放大。

    探头带来的噪声是在在衰减器前面耦合进来的,因此无论衰减比设置多少,探头贡献的噪声都是一定的。但是,在某些不正确的使用方法下,探头可能会带来额外的噪声,一个典型的例子就是使用长地线。为了方便测试,示波器的的无源探头通常会使用15cm左右的鳄鱼夹形式的长地线,但是这对于电源纹波的测试却是不适用的,特别是板上存在开关电源的场合。由于开关电源的切换会在空间产生大量的电磁辐射,而示波器探头的长地线又恰恰相当于一个天线,所以会从空间把大的电磁干扰引入测量电路。一个简单的验证方法就是把地线和探头前端接在一起,靠近被测电路(不直接接触)就可能在示波器上看到比较大的开关噪声。因此测量过程中应该使用尽可能短的地线。

  

gooxian-示波器探头

   为了减小开关噪声的影响,另一种比较好的办法是使用差分探头,通常差分探头相比单端探头会有更高的共模抑制比,对于抑制共模噪声会有比较好的效果。

   最后要注意的一点是,通常电源测试都规定了某个频率范围内的纹波和噪声,比如20MHz以内的,而一般示波器的带宽都大于这个要求,因此测试时可以打开示波器的带宽限制功能,这对于减小高频噪声也会有比较好的效果。

   因此,总结一下,对于电源纹波噪声的测试,通常需要注意以下几点:

   1、 尽量使用示波器最灵敏的量程档;
   2、 尽量使用AC耦合功能;
   3、 尽量使用小衰减比的探头;
   4、 尽量使用探头的短地线;
   5、 尽量使用差分探头;
   6、 根据需要使用带宽限制功能;

   注意了以上问题,电源噪声测试通常会有一个满意的结果。



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