DC/DC 模塊的電源紋波正確的測量方案

DC/DC 模塊的電源紋波指標是一項很重要的參數(shù)。干凈的電源是數(shù)字電路穩(wěn)定工作的前提，也是模擬器件的各項參數(shù)的重要保障。為確定電源的質(zhì)量，必須對 DC/DC 模塊的輸出紋波進行測量。但很多人測量得到的紋波值動輒上百mV，甚至幾百mV，遠遠比器件手冊提供的最大紋波值大，這主要是測量方法的不正確造成的。?

正確的測量方法

1)限制示波器帶寬為 20MHz(大多中低端示波器檔位限制在20MHz，高端產(chǎn)品還有 200MHz 帶寬限制的選擇)，目的是避免數(shù)字電路的高頻噪聲影響紋波測量，盡量保證測量的準確性。

2)設(shè)置耦合方式為交流耦合，方便測量(以更小檔位來仔細觀測紋波，不關(guān)心直流電平).

3)保證探頭接地盡量短(測量紋波動輒上百 mV 的主要原因就是接地線太長)，盡量使用探頭自帶的原裝測試短針。如果沒有測試短針，可以拆除探頭的接地線和外殼，露出探頭地殼，自制接地線纏繞在探頭地殼上，保證接地線長度小于 1cm。

4)示波器地懸空，只通過探頭地與測試信號的參考點共地，不要通過其他方式與測試設(shè)備共地，這樣會給紋波測量引入很大的地噪聲。例如：當示波器和其他儀器共插線板時，其他儀器的開關(guān)可能通過接地線給測試帶來噪聲干擾。其中第 3 條是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。接地線過長，其電感效應將給測量系統(tǒng)引入額外的噪聲， 如下圖所示。

5）對示波器的要求

示波器參數(shù)要求：支持帶寬限制功能：一般示波器都支持 20MHz 帶寬限制。探頭要求：為了使接地線盡量短，盡量使用探頭的原裝測試短針，若無原裝測試短針，則須自制短接地線：去除探頭接地線套，用金屬絲自行繞制接地短線，推薦五類線中銅絲，強度適中(還是有些偏軟，有更好的請推薦)。其他候選有焊錫絲、刻刀。選擇 1X 無衰減檔位，一般無源探頭在1X 檔位時，其帶寬限制在

6MHz/10MHz帶寬，如此在前端可有效濾除高頻噪聲的干擾，減小紋波測量影響。

6）靠接方法測試紋波：

模塊電源的輸出端存在差模和共模兩種噪聲,同時紋波噪聲容易受到環(huán)境中隨機噪聲及電源輻射噪聲的影響. 探頭地線的寄生電感與示波器輸入電容形成LC 諧振電路，將高頻噪音放大，探頭地線會感應電源模塊的輻射噪音，所以必須把探頭地線移掉。因此,為了客觀地測量開關(guān)電源輸出的紋波-噪聲，所有的模塊電源廠家都推薦采用靠接的方法，并且示波器帶寬限制為20MHZ。

圖 1 錯誤的紋波測量得到的較差的測量結(jié)果

精確地測量電源紋波本身就是一門藝術(shù)。在圖 1 所示的示例中，一名初級工程師完全錯誤地使用了一臺示波器。他的第一個錯誤是使用了一支帶長接地引線的示波器探針；他的第二個錯誤是將探針形成的環(huán)路和接地引線均置于電源變壓器和開關(guān)元件附近；他的最后一個錯誤是允許示波器探針和輸出電容之間存在多余電感。該問題在紋波波形中表現(xiàn)為高頻拾取。在電源中，存在大量可以很輕松地與探針耦合的高速、大信號電壓和電流波形，其中包括耦合自電源變壓器的磁場，耦合自開關(guān)節(jié)點的電場，以及由變壓器互繞電容產(chǎn)生的共模電流。

利用正確的測量方法可以大大地改善測得紋波結(jié)果。首先，通常使用帶寬限制來規(guī)定紋波，以防止拾取并非真正存在的高頻噪聲。我們應該為用于測量的示波器設(shè)定正確的帶寬限制。其次，通過取掉探針“帽”，并構(gòu)成一個拾波器（如圖 2? 所示），我們可以消除由長接地引線形成的天線。將一小段線纏繞在探針接地連接點周圍， 并將該接地連接至電源。這樣做可以縮短暴露于電源附近高電磁輻射的端頭長度， 從而進一步減少拾波。最后，在隔離電源中，會產(chǎn)生大量流經(jīng)探針接地連接點的共模電流。這就在電源接地連接點和示波器接地連接點之間形成了壓降，從而表現(xiàn)為紋波。要防止這一問題的出現(xiàn)，我們就需要特別注意電源設(shè)計的共模濾波。另外，將示波器引線纏繞在鐵氧體磁心周圍也有助于最小化這種電流。這樣就形成了一個共模電感器，其在不影響差分電壓測量的同時，還減少了共模電流引起的測量誤差。圖 2 顯示了該完全相同電路的紋波電壓，其使用了改進的測量方法。這樣，高頻峰值就被真正地消除了。

圖 2 四個輕微的改動便極大地改善了測量結(jié)果

實際上，集成到系統(tǒng)中以后，電源紋波性能甚至會更好。在電源和系統(tǒng)其他組件之間幾乎總是會存在一些電感。這種電感可能存在于布線中，抑或只有蝕刻存在于 PWB 上。另外，在芯片周圍總是會存在額外的旁路電容，它們就是電源的負載。這二者共同構(gòu)成一個低通濾波器，進一步降低了電源紋波和/或高頻噪聲。在極端情況下，電流短時流經(jīng) 15 nH 電感和 10 μF 旁路電容的一英寸導體時，該濾波器的截止頻率為 400 kHz。這種情況下，就意味著高頻噪聲將會得到極大降低。許多情況下，該濾波器的截止頻率會在電源紋波頻率以下，從而有可能大大降低紋波。經(jīng)驗豐富的工程師應該能夠找到在其測試過程中如何運用這種方法的途徑。