深入講解電源紋波的產(chǎn)生原因及其危害

電源紋波產(chǎn)生原因

我們常見的開關(guān)電源，是輸入的交流電壓經(jīng)過整流、穩(wěn)壓、濾波等處理后得到的，雖然經(jīng)過了處理，但直流電平上還是會有周期性和隨機(jī)性的雜波信號，這些我們不需要的部分就是紋波。

開關(guān)電源的紋波是隨機(jī)信號，隨著時(shí)間變化在直流輸出電平上來回波動(dòng)的交流量，周期和幅值不是固定的。

這里需要和電源噪聲相區(qū)別，電源噪聲一般是指全帶寬下輸出電壓上疊加的交流量。電源紋波是低頻噪聲，測量需要將帶寬限制在20MHz，而電源噪聲測量需要將帶寬限制取消，全帶寬測量。

為什么電源紋波是低頻？這是因?yàn)檎麄€(gè)電源分配網(wǎng)絡(luò)上分布著不同容值的電容，產(chǎn)生著寄生效應(yīng)，形成了類似于低通濾波器，所以電源的高頻分量不高。

電源紋波的危害

實(shí)際的產(chǎn)品運(yùn)行中，紋波是需要我們注意管控的部分，那紋波有哪些危害：

①降低電源的使用效率

②干擾電路的邏輯關(guān)系

③加大設(shè)備的錯(cuò)誤運(yùn)行幾率

電源紋波的測量

既然紋波存在危害，那我們需要做什么測試，來保證紋波的影響符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

測量要求

紋波測量有環(huán)境要求，除了我們常說的溫濕度，即室溫（20℃左右）和濕度（＜80%），還有測試產(chǎn)品放置時(shí)間（≥24H），震動(dòng)和電磁干擾小等要求。不同的環(huán)境會測出不同結(jié)果，當(dāng)然不同的產(chǎn)品有不同的標(biāo)準(zhǔn)。比如，產(chǎn)品是否需要做負(fù)載測試。消費(fèi)類產(chǎn)品，不做負(fù)載測試，這是有區(qū)別的。

測量標(biāo)準(zhǔn)

電源紋波的測量方法通常分為兩類，一類是單獨(dú)電源的測量，另一類是產(chǎn)品的調(diào)試測量。紋波電壓可以用絕對量表示，也可用相對量來表示。常用的就是紋波系數(shù)，紋波電壓與直流輸出電壓的比例，就是紋波電壓的有效值與直流輸出電壓的百分比，來評估直流電源的濾波性能。一般測試紋波的標(biāo)準(zhǔn)是≤5%。

測量點(diǎn)的選擇

測量點(diǎn)選擇可以從下面的方向考慮：

①選取靠近負(fù)載且離電源源端較遠(yuǎn)的去耦電容

②盡量選取封裝小的電容（0201）

③不同容值要保證有測試點(diǎn)

測量注意點(diǎn)

①帶寬選擇

在測量時(shí)，要先打開示波器的帶寬限制功能，把帶寬限制在20MHz，避免高頻噪聲影響紋波測量。用探頭的屏蔽地和輸出地連接，減少因地線過長產(chǎn)生的環(huán)路干擾。

在探頭的正負(fù)極之間，并聯(lián)一個(gè)0.1uF的電容，這也是限制帶寬的一種方法，用于濾除高頻信號。

②探頭接地處理

保證探頭接地盡量短。探頭都有一個(gè)接地夾，它與探頭正極形成的環(huán)路，環(huán)路面積越大，其他信號分量就越多，噪聲輻射到信號的回路中的可能性越大，導(dǎo)致錯(cuò)誤的測試結(jié)果。

還有一種說法，如果板子上的高頻信號穿過，會在示波器上形成比噪聲信號還要大的電壓，因此測量紋波這種小信號時(shí)，一定要保證這個(gè)環(huán)路越小越好。

探頭測試紋波的時(shí)候，地線的處理都尤為關(guān)鍵，否則會通過地線引入不必要的噪聲。最好的縮短接地路徑的方法是用接地環(huán)。

③探頭的檔位選擇

探頭有X10和X1檔位，電源紋波測試選擇X1。這是因?yàn)槿绻褂?0X探頭，信號在探頭先衰減10倍，進(jìn)入示波器后再放大10倍。對于小信號而言，衰減10倍后，這部分信號很有可能就隱藏在底噪里面了。

示波器輸入信噪比計(jì)算公式：

假設(shè)我們輸入一個(gè)10mV隨機(jī)輸入信號，也可能是噪聲。這時(shí)候示波器的隨機(jī)噪聲是200uV，代入信噪比公式。

10X衰減探頭的SNR：

1X衰減探頭的SNR是：

由此可以看出，1X探頭能獲得更好的信噪比，也就更能準(zhǔn)確還原低頻信號。

電源紋波的抑制

抑制電源紋波的通常方法：增加濾波電容、減小器件的寄生電容、采用多級濾波電路、合理布局布線等。

審核編輯：劉清