電源紋波噪聲測(cè)試方法

2016-12-27 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

今天的電子電路(比如手機(jī)、服務(wù)器等領(lǐng)域)的切換速度、信號(hào)擺率比以前更高,同時(shí)芯片的封裝和信號(hào)擺幅卻越來(lái)越小,對(duì)噪聲更加敏感。因此,今天的電路設(shè)計(jì)者們比以前會(huì)更關(guān)心電源噪聲的影響。實(shí)時(shí)示波器是用來(lái)進(jìn)行電源噪聲測(cè)量的一種常用工具,但是如果使用方法不對(duì)可能會(huì)帶來(lái)完全錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果,筆者在和用戶交流過程中發(fā)現(xiàn)很多用戶的測(cè)試方法不盡正確,所以把電源紋波噪聲測(cè)試中需要注意的一些問題做一下總結(jié),供大家參考。

由于電源噪聲帶寬很寬,所以很多人會(huì)選擇示波器做電源噪聲測(cè)量。但是不能忽略的是,實(shí)時(shí)寬帶數(shù)字示波器以及其探頭都有其固有的噪聲。如果要測(cè)量的噪聲與示波器和探頭的噪聲在相同數(shù)量級(jí),那么要進(jìn)行精確測(cè)量將是非常困難的一件事情。

示波器的主要噪聲來(lái)源于2個(gè)方面:示波器本身的噪聲和探頭的噪聲。

所有的實(shí)時(shí)示波器都實(shí)用衰減器來(lái)調(diào)整垂直量程。設(shè)置衰減以后示波器本身的噪聲會(huì)被放大。比如,當(dāng)不用衰減器時(shí),示波器的基本量程是5mV/格,假設(shè)此時(shí)示波器此時(shí)的底噪聲是500uVRMS。當(dāng)把量程改成50mV/格時(shí),示波器會(huì)在輸入電路中增加一個(gè)10:1的衰減器。為了顯示正確的電壓信號(hào),示波器最后顯示時(shí)會(huì)把信號(hào)再放大10倍顯示。因此此時(shí)示波器的底噪聲看起來(lái)就有5mVRMS了。因此,測(cè)量噪聲時(shí)應(yīng)盡可能使用示波器最靈敏的量程檔。但是示波器在最靈敏檔下通常不具有足夠的偏置范圍可以把被測(cè)直流電壓拉到示波器屏幕中心范圍進(jìn)行測(cè)試,因此通常需要利用示波器的AC耦合功能把直流電平濾掉只測(cè)量AC成分。

基于同樣的原因,在電源測(cè)量中也應(yīng)該盡量使用1:1的探頭而不是示波器標(biāo)配的10:1的探頭。否則示波器的噪聲也會(huì)被放大。

探頭帶來(lái)的噪聲是在在衰減器前面耦合進(jìn)來(lái)的,因此無(wú)論衰減比設(shè)置多少,探頭貢獻(xiàn)的噪聲都是一定的。但是,在某些不正確的使用方法下,探頭可能會(huì)帶來(lái)額外的噪聲,一個(gè)典型的例子就是使用長(zhǎng)地線。為了方便測(cè)試,示波器的的無(wú)源探頭通常會(huì)使用15cm左右的鱷魚夾形式的長(zhǎng)地線,但是這對(duì)于電源紋波的測(cè)試卻是不適用的,特別是板上存在開關(guān)電源的場(chǎng)合。由于開關(guān)電源的切換會(huì)在空間產(chǎn)生大量的電磁輻射,而示波器探頭的長(zhǎng)地線又恰恰相當(dāng)于一個(gè)天線,所以會(huì)從空間把大的電磁干擾引入測(cè)量電路。

一個(gè)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證方法就是把地線和探頭前端接在一起,靠近被測(cè)電路(不直接接觸)就可能在示波器上看到比較大的開關(guān)噪聲。因此測(cè)量過程中應(yīng)該使用盡可能短的地線。為了減小開關(guān)噪聲的影響,另一種比較好的辦法是使用差分探頭,通常差分探頭相比單端探頭會(huì)有更高的共模抑制比,對(duì)于抑制共模噪聲會(huì)有比較好的效果。

最后要注意的一點(diǎn)是,通常電源測(cè)試都規(guī)定了某個(gè)頻率范圍內(nèi)的紋波和噪聲,比如20MHz以內(nèi)的,而一般示波器的帶寬都大于這個(gè)要求,因此測(cè)試時(shí)可以打開示波器的帶

寬限制功能,這對(duì)于減小高頻噪聲也會(huì)有比較好的效果。

因此,總結(jié)一下,對(duì)于電源紋波噪聲的測(cè)試,通常需要注意以下幾點(diǎn):

1、盡量使用示波器最靈敏的量程檔;

2、盡量使用AC耦合功能;

3、盡量使用小衰減比的探頭;

4、盡量使用探頭的短地線;

5、盡量使用差分探頭;

6、根據(jù)需要使用帶寬限制功能;

注意了以上問題,電源噪聲測(cè)試通常會(huì)有一個(gè)滿意的結(jié)果。

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