紋波是電源的核心指標(biāo)，如何降低電源的紋波噪聲是大多數(shù)用戶都關(guān)心的問(wèn)題，一方面是從電源設(shè)計(jì)、外部電路做方案改進(jìn)，另一方面則要有一個(gè)更準(zhǔn)確更合適的測(cè)試紋波噪聲的方法。
電源的紋波與噪聲介紹
紋波和噪聲即：直流電源輸出上疊加的與電源開關(guān)頻率同頻的波動(dòng)為紋波，高頻雜音為噪聲。具體如圖1所示，頻率較低且有規(guī)律的波動(dòng)為紋波，尖峰部分為噪聲。
圖1 電源紋波噪聲
不規(guī)范的紋波測(cè)試
示波器中接入一個(gè)3.3V的電源信號(hào)，探頭檔位使用X10檔，進(jìn)行電源紋波的測(cè)量，點(diǎn)擊【Auto Setup】之后，經(jīng)過(guò)調(diào)解水平時(shí)基，垂直檔位和垂直偏移，可以得到如下圖2所示。
圖2 不規(guī)范紋波測(cè)試
從圖中可以看出，所測(cè)的波形夾雜著許多的噪聲和雜波，直流、交流波形混在一起，沒(méi)辦法清晰的觀察紋波，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確的測(cè)量紋波的值。很多工程師測(cè)量紋波出現(xiàn)這種情況是因?yàn)闆](méi)有使用規(guī)范的紋波測(cè)量方法。
規(guī)范的紋波測(cè)試方法
1．探頭要選擇合適的檔位，如果電壓比較大，或者對(duì)帶寬要求比較高的情況下可使用X10檔，普通情況下建議使用X1檔，避免不必要的噪聲衰減影響紋波的測(cè)量。
圖3 探頭檔位選擇
2．紋波屬于是交流成分，所以“通道耦合”方式可使用“交流”方式，限制直流信號(hào)的輸入，如圖4所示。
3．可適當(dāng)?shù)氖褂谩皫捪拗啤惫δ埽蛇x擇“20MHz”帶寬限制，將不必要的高頻噪聲濾除，如圖4所示。
圖4 通道界面參數(shù)設(shè)置
4．因?yàn)闇y(cè)試環(huán)境中會(huì)有很多EMI（電磁干擾），示波器為高阻設(shè)備，會(huì)將EMI信號(hào)引入測(cè)試結(jié)果，造成測(cè)量結(jié)果偏大。正確的測(cè)量方式應(yīng)該是采用接地彈簧進(jìn)行接地以便減小電磁干擾的引入。用接地彈簧和用鱷魚夾接地對(duì)比圖如下所示：
圖5 接地方式對(duì)比
5．觸發(fā)方式可以選用邊沿觸發(fā)，觸發(fā)模式選擇Auto/Normal均可。
6．適當(dāng)調(diào)整水平時(shí)基，垂直檔位和垂直偏移，使波形信號(hào)在屏幕中央以較好的效果顯示，具體捕獲的紋波如下圖6所示。
圖6 紋波捕獲
正確的紋波測(cè)量方式可以清晰的捕抓到正確的紋波，減少了不必要的噪聲和雜波對(duì)紋波的影響，測(cè)試結(jié)果就是一條干凈的紋波，在這樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行電源紋波測(cè)量，可以更精確的測(cè)量紋波的值，進(jìn)而更準(zhǔn)確估測(cè)電源質(zhì)量。
7．測(cè)量分析。紋波測(cè)試一般以峰峰值來(lái)表示，可以使用【measure】進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，ZDS系列示波器支持51種真正意義的參數(shù)測(cè)量統(tǒng)計(jì)功能，基于全存儲(chǔ)深度的基礎(chǔ)上測(cè)量紋波的參數(shù)，或者也可以使用“一鍵光標(biāo)”進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，如下圖7所示。
圖7 結(jié)果分析
從測(cè)量中可以看到，本次電源紋波的峰峰值為18mv，Intel在ATX12V規(guī)范中規(guī)定，+12V輸出紋波峰峰值不得超過(guò)120mv，+3.3V與+5V紋波峰峰值不得超過(guò)50mv，紋波越小電源質(zhì)量就越高。
三步完成紋波噪聲測(cè)試辦法
ZDS5054A示波器具備功能完善的電源分析功能，可以非常方便地測(cè)量電源輸出紋波、噪聲。
第一步：選擇合適的檔位探頭后，點(diǎn)擊【Auto Setup】一鍵捕獲波形信號(hào)；
第二步：點(diǎn)擊【通道1】進(jìn)入通道界面，將通道耦合方式改為【交流】；
第三步：打開電源分析功能，選擇【輸出紋波】，測(cè)試類型可以選擇“紋波”和“噪聲”兩種，截止頻率濾除高頻成分得到紋波的主要成分，如下圖8會(huì)自動(dòng)測(cè)試出紋波測(cè)量結(jié)果。
圖8 紋波自動(dòng)測(cè)試功能
注：測(cè)量結(jié)果表格中有 4 個(gè)項(xiàng)目：
紋波/噪聲電壓：濾波后的電壓有效值；
最大峰值：濾波后的電壓最大峰值；
最小峰值：濾波后的電壓最小峰值；
頻率：濾波后信號(hào)的頻率。
