直流電源的紋波和噪聲是評估電源質量的重要參數，它們反映了電源輸出的不穩定性和干擾情況。大的紋波或噪聲可能會導致系統工作不穩定、傳感器誤差增加、模擬信號失真等問題。因此，在設計和選擇電源時，正確測量和評估紋波和噪聲水平是非常重要的。本文將介紹如何測試直流電源的紋波和噪聲，并提供相應的測量方法和技巧。
直流電源輸出的交流雜散成分被稱為紋波和噪聲，或稱作周期和隨機偏差（PARD ），是描述電源質量的參數，測量值為真有效值（RMS）或峰峰值（Vpp），通常是在 20Hz ~20MHz帶寬范圍內指定，它們反映了電源輸出中的不穩定性和干擾情況。然而，它們的具體定義和特點略有差異。
電源紋波（Power Ripple）
電源紋波是指電源輸出中存在的周期性變化或波動見圖1。通常以交流信號的形式存在于直流電源輸出中。電源紋波可以由電源設計、電源濾波器等因素引起，也可能受到負載變化或其他外部干擾的影響。電源紋波的頻率通常與電源輸入頻率相關，如交流電源的紋波頻率為50Hz或60Hz。
圖1 紋波與噪聲
電源噪聲（Power Noise）
電源噪聲是指電源輸出中存在的非周期性的隨機干擾見圖1。這些干擾信號可以來自電源本身的內部電子元件或外部環境的干擾。電源噪聲通常是寬帶的，并且在頻譜上分布廣泛。
電源紋波與噪聲的大小常用峰峰值（Vpp）或真有效值（RMS）進行衡量，單位為伏特（V），電源紋波與噪聲值是峰峰值還是有效值非常重要。峰峰值提供有關高幅度、短持續時間尖峰的信息，而有效值則有利于確定預期的信噪比。
電源紋波和電源噪聲都對電路性能和系統穩定性產生影響。大的紋波或噪聲可能會導致系統工作不穩定、傳感器誤差增加、模擬信號失真等問題。因此，在設計和選擇電源時，需要根據應用要求考慮電源紋波和噪聲水平，并采取適當的措施來降低其影響，所以如何正確測量電源的紋波和噪聲變的至關重要。
對于直流電源，在測試紋波與噪聲時，所使用的電子負載應工作于 CR 模式。負載的紋波與噪聲指標要低于被測電源。這在測量電源的紋波與噪聲時尤為重要，因為線性電源通常有優良的紋波噪聲指標，例如羅德與施瓦茨公司的HMP系列電源其電壓紋波與噪聲可達1.5mV（RMS）以下。同時應使用可調交流源向被測電源施加輸入。在規定電源最低和最高交流輸入，以及規定的最低和最高源頻率處進行紋波與噪聲測量。
圖2 HMP4000系列電源（HMP4040）
峰峰值（Vpp ）測量
測試設備：交流電源、電子負載、數字示波器、隔直電容
在進行紋波與噪聲測量時，正確連接儀器和被測電源十分重要。由于紋波與噪聲包括低電平的寬帶信號，主測試裝置應注意地環路、正確的屏蔽和阻抗匹配。可用數字示波器作峰峰值測量。由于需要測量高頻噪聲尖峰，因此為進行正確采樣，示波器的采樣率至少要比最高紋波與噪聲頻率高5倍。為消除電纜振鈴和駐波，典型配置中包括在兩端以50Ω端接的同軸電纜，要把電容器與信號路徑串聯，以阻塞直流電流見圖3。
圖3 紋波與噪聲 峰峰值（Vpp）測試連接框圖
同時，基于電網220V的AC輸入的電源紋波包含了開關頻率和工頻成分，工頻成份是整流之后的100Hz信號，要捕獲兩個完整100Hz周期需要20ms，所以，建議時基設置為2ms/div以上，由存儲深度=采樣率×采樣時間可知，提高示波器的存儲深度可以間接提高示波器的采樣率：當要測量較長時間的波形時，由于存儲深度是固定的，所以只能降低采樣率來達到，但這樣勢必造成波形質量的下降；如果增大存儲深度，則可以以更高的采樣率來測量，以獲取不失真的波形，所以存儲深度與采樣率在測試電源的紋波與噪聲中對測試結果的準確性很重要，通過使用羅德與施瓦茨的MXO44系列示波器800M存儲深度與5Gsample/s的采樣率以及最高18位的ADC架構，可以更完整的捕獲電源紋波與噪聲的波形。
圖4 羅德與施瓦茨的MXO44系列示波器
真有效值（RMS）測量
測試設備：交流電源、電子負載、數字示波器、高頻毫伏表、隔直電容
真有效值測量需要用到高頻毫伏表，與峰峰值次測量相同這兩種測量都應防止出現地環路。由于大多數示波器和高頻毫伏表都使用以地為參照的輸入，測試電源以地為參照的輸出，此時很可能產生地環路見圖5。在這種情況下，為避免地環路問題，可以使用具有浮地（差分）輸入的儀器。
圖5 真有效值（RMS）測試連接框圖
在進行第一組紋波與噪聲測量時，交流源的電壓和頻率應設置于規定的最小值，被測電源在最小，然后為最大額定負載值。第二組紋波與噪聲測量時，交流源應設置于規定的最大幅度和頻率，被測電源在最小，然后為最大負載值。為測試多路輸出電源，在進行各路輸出的紋波與噪聲測量時，所有其它輸出應先設置在最小負載，然后至最大負載。
測試注意事項：
1、盡量使用高垂直分辨率示波器（建議8bit以上）；
2、示波器采樣率指標至少為紋波與噪聲頻率的5倍；
3、選擇存儲深度長的示波器，以保證波形不失真；
4、盡量使用示波器最小量程以降低示波器本底噪聲；
5、根據需要使用帶寬限制功能。
