如何利用R&S MXO4示波器更高垂直偏置能力測量電源紋波？

電源紋波測試面臨的任務(wù)

電源紋波測量是電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嵌入式硬件開發(fā)過程中經(jīng)常面臨的測量任務(wù)，它用于評估電源系統(tǒng)或模塊輸出直流電壓上的波動情況，以確定負(fù)載能夠在規(guī)格允許的供電范圍內(nèi)正常工作。

要精確測量較小幅度的紋波電壓，不僅要求數(shù)字示波器具備更低的底噪，更高的垂直分辨率，還有許多其他注意事項(xiàng)。此外，測量設(shè)備其他方面的性能也很關(guān)鍵。例如，當(dāng)您需要同時(shí)高精度測量直流電壓水平和紋波波動時(shí)，就需要示波器具備更高的垂直偏置能力。

如何精準(zhǔn)操作電源波紋？

電源紋波測量注意事項(xiàng)

總體來說，電源紋波測量的探測方式包括：

1、使用衰減比10：1的標(biāo)配無源電壓探頭；

2、使用衰減比1：1 的低帶寬無源電壓探頭；

3、使用同軸線 + 隔直探測；

4、使用衰減比1：1的高帶寬有源電源軌探頭。

不同電源紋波探測方案對比

不同探測方法會得到不同的紋波測量結(jié)果，通過對不同結(jié)果進(jìn)行比較，我們得出以下結(jié)論：標(biāo)配10：1無源電壓探頭的較高衰減比會導(dǎo)致紋波波形信噪比惡化，而其他三種探測方式除帶寬不同外，均可以得到較好的信噪比。

除了選擇更小衰減比探測方案外，紋波測量還需要注意更短的接地，如使用彈簧接地以最小化引入環(huán)境干擾。

儀器設(shè)置方面，一般選擇 20MHz 低通以濾除高頻噪聲對紋波測量的影響。對于 AC-DC 開關(guān)電源，還需要將示波器水平刻度設(shè)置為 ≥2ms/格，以觀察交流整流對紋波的影響。

為提升紋波測量精度，需要將示波器垂直刻度設(shè)置為 mV/格。但由于一般示波器在小垂直刻度下的偏置能力有限，無法將直流電壓下拉至屏幕垂直中心再放大觀察，所以還需要設(shè)置 AC 耦合，以濾除直流成分。

更高偏置能力的優(yōu)勢

常規(guī)電源紋波測量中的AC耦合固然可以提升紋波測量精度，但AC耦合也會濾除Hz級別的低頻信號，使示波器無法測量直流電源上的低頻漂移。如果示波器在小量程下具備更高垂直偏置能力，那就既能測得低頻漂移，又能兼具測量精度。

此外，在某些場合下，系統(tǒng)對直流平均值的測量精度要求也很高。AC耦合會濾除直流分量，所以需要在 DC 耦合下設(shè)置較小垂直刻度，對直流平均值進(jìn)行高精度測量，這同樣對儀器的垂直偏置能力提出了極大的考驗(yàn)。

羅德與施瓦茨解決方案

R&SMXO4是最佳之選

R&SMXO4 新一代數(shù)字示波器具備全采樣率 12 bit ADC，20MHz 帶寬 500uV/格量程下低至 20uV 超低底噪性能，是電源紋波測量的理想工具！

不僅如此，它還具備業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的垂直偏置能力。

以輸出為5V的直流電源為例，我們使用1：1無源電壓探頭進(jìn)行探測。

首先，將垂直刻度設(shè)置為2V/格，對電源輸出直流進(jìn)行平均值測量。

此時(shí)測得直流平均值 4.98V，電源紋波峰峰值 229.7mV。由于垂直刻度較大，會導(dǎo)致較大的測量誤差。為提升測量精度，先將示波器設(shè)置為 AC 耦合，然后將垂直刻度設(shè)置為 10mV/格。

在更高的垂直分辨率下，測量精度提升，紋波測量結(jié)果降至34.47mV。但因?yàn)樵O(shè)置了 AC 耦合，無法有效測量直流平均值。

R&SMXO4 具備超高垂直偏置能力，在 DC 耦合的情況下，保持示波器垂直刻度 10mV/格不變，將示波器的垂直偏置設(shè)置為 5.0V。

此時(shí)可同時(shí)進(jìn)行直流平均值（5.0V）和紋波峰峰值（35.11mV）高精度測量。利用 R&SMXO4 的高偏置能力，既提升了紋波和直流測量精度，也避免了AC耦合濾除電源低頻漂移，同時(shí)還提升了測量效率。

審核編輯：劉清