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示波器測量電源紋波及噪聲的實操方案

更新時間:2024-07-27      點擊次數(shù):743

在測試電源波形的時候,我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)有一些上下波動的現(xiàn)象,有人說這是紋波,有人說這是噪聲,那到底是什么呢?

一、紋波?噪聲?

      為了弄懂這個問題,我們首先得明白什么是紋波,什么是噪聲。

      紋波是由于直流穩(wěn)定電源的電壓波動而造成的一種現(xiàn)象,因為直流穩(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓、濾波等環(huán)節(jié)而形成的,由于濾波不全面,就會遺留交流成份,這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。


示波器測量電源紋波及噪聲


       電源紋波能影響設備性能和穩(wěn)定性,進而會影響到整個系統(tǒng)的正常運行。通常來說,更加昂貴的線性直流電源紋波小,而經(jīng)濟實惠的開關(guān)電源紋波大,所以也更需要關(guān)注相關(guān)參數(shù)。


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       紋波的危害主要有以下幾點:首先,紋波會導致電器上產(chǎn)生諧波,還會降低電源的使用效率。高頻電源紋波可能會產(chǎn)生浪涌電壓或電流,影響設備的正常運行,加速設備老化。電源紋波也會干擾電路的邏輯關(guān)系,導致其無法正常工作,還會帶來噪聲干擾,從而影響信號的測量,甚至會損壞設備。

       噪聲則與紋波不一樣,不呈周期性的變化。它的產(chǎn)生原因有兩種,一種是電源自身產(chǎn)生的;另一種是外界電磁場的干擾(EMI),它能通過輻射進入電源。它可能導致設備性能下降,對靈敏的電子元件和信號傳輸有干擾,可能會產(chǎn)生雜音、圖像不清晰、通信干擾等問題。


二、測量準備

       我們以一個開關(guān)電源的電路板為例,這個電路板通電后可以輸出6.5V的電壓。


示波器測量電源紋波及噪聲


       如果想要測量電源紋波和噪聲,示波器是很常用的設備,而合適的示波器設置、測量方法是保證正確測量精準的關(guān)鍵。

       示波器測量電源紋波及噪聲的實操方案,首先,由于紋波和噪聲幅度都比較小,所以我們需要一臺精度高的示波器,這次我們選擇了SDS800XHD12bit示波器來作為測試示例。


示波器


       在紋波和噪聲測量時,還需要對探頭進行改裝:拔去探頭的探鉤和接地線,為探頭換上接地環(huán)。

       如果使用了接地線,由于開關(guān)電源的切換會在空間產(chǎn)生大量的電磁輻射,而示波器探頭的長地線又恰好相當于一根天線,會把空間的電磁干擾引入到紋波當中,造成紋波、噪聲的測量值虛高。


示波器探頭


        比較重要的一步是將探頭的檔位調(diào)節(jié)至x1檔位。這一舉措的目的在于降低噪聲影響。因為電源紋波、噪聲的幅值一般都比較小,如果設置為10:1的話,信號衰減十倍進入儀器,再通過數(shù)字計算放大十倍,這個過程會放大很多噪聲,從而導致紋波測量值偏高。

        隨后,我們將示波器的通道耦合設置為“交流耦合",濾除信號本身直流分量,減小高頻噪聲,測量前的準備就基本完成了。


三、紋波測量

      在紋波測試中,需要進行“帶寬限制"設置,將示波器的帶寬限制在20 MHz。這一操作主要是為了避免數(shù)字電路的高頻噪聲影響紋波的測量,盡量保證測量的準確性。

      在設置完帶寬后,接上探頭,調(diào)整垂直幅度檔位至10 mV/div,就能看見紋波的形狀了。

      此時,我們還可以打開示波器的“測量"功能,在測量紋波時,我們較為關(guān)注“峰峰值"和“均方根(RMS)",打開測量這兩個類目,可以得到示例的電源板的紋波在該次測量結(jié)果為:峰峰值20 mV,均方根2.6 mV。


示波器測量電源紋波


四、噪聲測量

       噪聲測試和紋波測試不同,不需要額外進行“帶寬限制,以確保獲得真實的噪聲情況。

       對電源板接上探頭,探頭測量的位置可以是芯片引腳,也可以在輸出引腳。


示波器測量噪聲


       有很多網(wǎng)上的資料說,在芯片引腳上進行測量更有意義,但其實這并不特別準確。具體在哪端測,要看關(guān)注的東西。如果關(guān)注電源板的性能,在輸出引腳測比較合適。如果關(guān)注芯片供電端的情況,在芯片引腳測更為合適。測出來的結(jié)果受走線上等效、寄生電感電容和有效接收天線等情況影響,略有區(qū)別。

       在這里,我們以芯片引腳作為測量點,進行電源噪聲測量,以獲得自己想要的結(jié)果。


示波器測量電源紋波及噪聲的實操方案


五、總結(jié)

      在進行紋波、噪聲測量時,要選取合適的設備,也要進行合理的示波器、探頭設置。雖然整個操作過程很簡單,但仍有很多重點需要關(guān)注。                        


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