电源纹波测试的正确方法

2020-01-13来源: elecfans关键字:电源纹波  带宽  正确方法

用500MHz带宽的示波器对其开关电源输出5V信号的纹波进行测试时,发现纹波和噪声的峰峰值达到了900多mV(如下图所示),而其开关电源标称的纹波的峰峰值<20mv。虽然用户电路板上后级还有LDO对开关电源的这个输出再进行稳压,但用户认为测得的这个结果过大,不太可信,希望找出问题所在。


问题分析

电源纹波测试过大的问题通常和使用的探头以及前端的连接方式有关。首先检查了用户探头的连接方式,发现其使用的是如下面左图所示的长的鳄鱼夹地线,而且接地点夹在了单板的固定螺钉上,整个地环路比较大。由于大的地环路会引入更多的开关电源造成的空间电磁辐射噪声以及地环路噪声,于是更换成如下面右图所示的短的接地弹簧针。


探头的GND和信号两个探测点的距离也非常重要,当两点相距较远,会有很多EMI噪声辐射到探头的信号回路中(如下图所示),示波器观察的波形包括了其他信号分量,导致错误的测试结果。所以要尽量减小探头的信号与地的探测点间距,减小环路面积。

在隔离电源中,会产生大量流经探针接地连接点的共模电流。这就在电源接地连接点和示波器接地连接点之间形成了压降,从而表现为纹波。要防止这一问题的出现,我们就需要特别注意电源设计的共模滤波。另外,将示波器引线缠绕在铁氧体磁心周围也有助于最小化这种电流。这样就形成了一个共模电感器,其在不影响差分电压测量的同时,还减少了共模电流引起的测量误差。下图显示了该完全相同电路的纹波电压,其使用了改进的测量方法。这样,高频峰值就被真正地消除了。

经过实际测试,发现测得的纹波噪声的峰峰值有很大改善,如下图所示。但纹波噪声的峰峰值仍然有40多mV,和开关电源厂商标称的<20mV仍有较大差异。


进一步检查用户使用的探头的型号,发现用户使用的是示波器标配的10:1的无源探头。

10:1的探头会把被测信号衰减10倍再送入示波器,然后示波器再对被测信号进行10倍的数学放大。这种探头的好处是通过前面的匹配电路提升了探头带宽可以到几百MHz,而且扩展了示波器的量程,但是对于小信号的测量不是特备有利。 如果被测信号幅度本身就小,再衰减10倍可能就淹没在示波器的底噪声里了,即使再做10倍的数学放大,对于信噪比本身也是没有改善的。所以对于电源纹波噪声的测量应该尽量使用小衰减比的探头,比如1:1的探头。于是另外找了一个1:1无源探头,这种1:1的无源探头虽然带宽不高(通常几十MHz),但衰减比小,对于小信号测试非常合适。下图是换用1:1的无源探头后,和10:1 探头在不同带宽限制下的对比测试结果。可以看到,使用1:1探头并设置20MHz带宽限制后,测量到的纹波噪声的峰峰值只有不到10mV,远远好过10:1探头的测试结果。从1:1探头的测试结果里可以看到清晰的纹波的波形,并且满足用户对于电源纹波噪声<20mV的预期。另外,我们也可以看到,带宽限制对于噪声峰峰值也有一定的改善作用。


问题总结

这是一个典型的电源纹波测试的问题。我们通过使用短的地线连接、换用低衰减比的探头以及带宽限制功能使得纹波噪声的测试结果大大改善。一般来说,影响电源纹波测试结果的影响因素按照重要性主要有以下几个:

1、前端连接线和地环路的长度:长的地环路会拾取更多开关电源的电磁辐射以及地噪声,因此需要使用尽可能短的地线连接。

2、探头的衰减比:大衰减比的探头会使得小信号幅度更加微弱,甚至淹没在示波器底噪声里,所以应该尽量使用1:1衰减比的探头。

3、带宽限制:很多电磁噪声和示波器的底噪声都是宽带的,设置合适的带宽限制可以滤除额外的噪声。很多电源纹波噪声测试场合使用20MHz的带宽限制,也有些芯片会要求测到80MHz或200MHz。

4、测量量程:通常会在小量程档下(比如10mv/格或20mv/格)进行电源纹波的测试。量程打得越大,示波器的底噪声越高。但有些示波器的偏置范围有限,在小档位下时可能不能够把被测的直流电压信号拉回到屏幕中心附近进行测量,所以很多时候会使用示波器的AC耦合功能把直流隔离掉再进行纹波噪声测试。

5、输入阻抗:很多示波器有50欧姆和1M欧姆的输入阻抗选择,通常50欧姆输入阻抗下示波器的底噪声更低。不过示波器连接大部分无源探头时都会自动把阻抗切换到1M欧姆,只有连接有源探头或同轴电缆时才可以设置为50欧姆输入阻抗。


在进行实际测试之前,一个比较好的习惯是先检查一下当前使用的设备和设置下的系统的底噪声。下面图中的5个波形分别是使用500M的S系列示波器在使用不同的探头和带宽设置下的底噪声结果。波形从上到下依次为:50欧姆输入阻抗,1:1探头,500MHz带宽;1M欧姆输入阻抗,1:1探头,20MHz带宽;1M欧姆输入阻抗,1:1探头,500MHz带宽;1M欧姆输入阻抗,10:1探头,20MHz带宽;1M欧姆输入阻抗,10:1探头,500MHz带宽。其底噪声的峰峰值从不到1mV直到接近30mV,可见测试中探头、带宽、输入阻抗设置的重要性。


如果手头实在没有合适的低衰减比的探头,也可以参考下图用50欧姆的同轴电缆用如下方式自制一个探头。实际上就是把电缆的一头接在示波器上,示波器设置为50欧姆输入阻抗;电缆的另一头剥开,屏蔽层焊接在被测电路地上,中心导体通过一个隔直电容连接被测的电源信号。这种方法的优点是低成本,低衰减比,缺点是一致性不好,隔直电容参数及带宽不好控制。

关键字:电源纹波  带宽  正确方法 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic485456.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:SDS2000X系列超级荧光示波器详解
下一篇:模拟示波器工作原理及功能介绍

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

示波器是测量电源纹波和电源噪声的必备工具
示波器是测量电源纹波和电源噪声的必备工具,但在实际的测量中,如何选择合适的带宽、采样率,如何选择探头、示波器的耦合方式,甚至接地,都会对测量结果带来不一样的影响,以下总结了一些来自具体实际案例中的关键注意事项。电源纹波(Power Ripple)和电源噪声(Power Noise)的定义目前,关于电源纹波和电源噪声其实并没有一个协会给定的标准定义。但是,业内渐渐形成了一个约定俗成的说法,将电源纹波理解为电源模块包括VRM的输出电压的波动,和复杂的供电网络无关,或者说是电源输出的源端(Source端)的电压的波动,电源噪声则是指电源模块工作在实际产品系统中,经过供电分布网络将电源能量输送到芯片管脚处,在芯片管脚处的电压的波动
发表于 2020-01-07
示波器是测量电源纹波和电源噪声的必备工具
简述示波器进行电源纹波分析及测试
%。三、纹波的测试方法3.1.以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。四、开关电源纹波的主要分类开关电源输出纹波主要来源于五个方面:4.1.输入低频纹波;4.2.高频纹波;4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声;4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声;4.5.闭环调节控制引起
发表于 2019-12-31
示波器怎么测电流_示波器测直流电压_示波器测量电源纹波
示波器测电压的方法有哪些?示波器(虚拟示波器)可以观察到各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,同时还能测量各种不同的电量,比如电压、电流等等。示波器(数字示波器)的显示电路包括示波管及其控制电路两部分,我们上篇讲到其中示波管是一种特殊的电子管,由电子枪、荧光屏和偏转系统3部分组成,是示波器的重要组成部分(示波器的作用是什么_示波器简单原理_示波器触发方式)。利用示波器所作的任何测量都可以看做对电压的测量,本篇讲的是怎么用示波器来测电流、电压和电源纹波。希望可以帮助到大家!对于直流电流或交流电流的测量,一般是用间接法进行的。具体方法是:1、首先将电流量变换为一成正比例的电压量。2、然后用示波器观察,一般测试方法为:在被测电路中串接
发表于 2019-12-06
示波器怎么测电流_示波器测直流电压_示波器测量电源纹波
使用RIGOL程控数字示波器对电源纹波进行有效测量
国内电源行业对产品的检测已经普遍采用了自动测量系统,整个系统中会包含多种测量项目,大多数测试可以使用自动测量(使用程控测量测试设备)。但是纹波噪声却是个特例,很多电源企业还是通过人工操作对纹波噪声进行测量,这样很大程度上影响了生产效率。本文介绍的方案是基于RIGOL程控数字示波器,实现对电源纹波进行快捷可靠测量的。纹波与噪声指的是什么可以说任何直流电源都含有纹波与噪声,如图1所示:A. 噪声:通常我们用Vpp来表示噪声,也就是波形的最高点与最低点的差值(启用示波器的自动测量功能中Vpp测量即可得出Vpp的值);B. 纹波:纹波的产生主要源于开关切换与整流过程,通常我们用RMS(均方根值)来表示纹波,一般用RMS RF
发表于 2019-12-03
使用RIGOL程控数字示波器对电源纹波进行有效测量
如何使用示波器测量电源纹波噪声及注意事项
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10cm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
发表于 2019-11-30
如何使用示波器测量电源纹波噪声及注意事项
开关电源纹波的测量
开关电源纹波的测量要有效降低开关电源输出纹波我们首先得有个比较靠谱的测试方法,不能是由于测试方法的问题而导致的假波形是整改不好的基本要求:使用示波器AC 耦合,20MHz 带宽限制,拔掉探头的地线1,AC 耦合是去掉叠加的直流电压,得到准确的波形。2,打开20MHz 带宽限制是防止高频噪声的干扰,防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大,测量的时候应除去。3,拔掉示波器探头的接地夹,使用接地环测量,是为了减少干扰。很多部门没有接地环,如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。还有一点是要使用50Ω 终端。横河示波器的资料上介绍说,50Ω 模块是除去DC 成分,精确测量AC 成分。但是很少有
发表于 2019-11-29
开关电源纹波的测量
小广播
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved