如何正確的測(cè)量電源的紋波和瞬態(tài)數(shù)據(jù)呢？

評(píng)估電源質(zhì)量的兩種最為常見的參數(shù)為紋波與瞬態(tài)。這些看似簡(jiǎn)單的評(píng)估指標(biāo)，實(shí)則需要在獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的過(guò)程中，充分注意以下兩個(gè)關(guān)鍵因素。首先應(yīng)當(dāng)關(guān)注在使用示波器探針進(jìn)行測(cè)量時(shí)的精確操作方法；其次，制定數(shù)據(jù)規(guī)范時(shí)需遵循相應(yīng)的特定條件。

使用示波器探針時(shí)采用的適當(dāng)測(cè)量技術(shù)

在準(zhǔn)備精確地測(cè)量電壓紋波或瞬態(tài)值之前，應(yīng)深入研究使用示波器進(jìn)行探測(cè)的各種潛在因素。由于我們可能會(huì)以毫伏為單位來(lái)測(cè)量相關(guān)信號(hào)的幅度，因此被放大的內(nèi)部信號(hào)或者從外界拾取的信號(hào)在這種情況下很容易變得模糊或者失真，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。為了避免產(chǎn)生這類問(wèn)題，采取適當(dāng)?shù)奶结槣y(cè)量技巧就顯得尤為重要。

對(duì)于測(cè)試人員來(lái)說(shuō)，為了保證測(cè)量工作的順利進(jìn)行，首要任務(wù)無(wú)疑是盡可能減少探針產(chǎn)生的接地回路。探針的返回路徑形成的環(huán)路會(huì)產(chǎn)生電感，有可能將內(nèi)部噪聲進(jìn)一步放大，同時(shí)也可能拾取外部噪聲。探針上一般配備了鱷口式接地夾，如下圖所示。盡管這些接地夾的連接方式看似簡(jiǎn)單，但其產(chǎn)生的接地回路會(huì)較大，并不適合用于這類精密測(cè)量。相反，以下兩種常見的最佳實(shí)踐方法在實(shí)現(xiàn)小型接地回路方面表現(xiàn)優(yōu)異：“針尖針筒”測(cè)量法以及“回形針”測(cè)量法。

長(zhǎng)接地夾引起的大探針接地回路

針尖針筒測(cè)量法能夠移除接地蓋和探針夾，露出探針的尖端和針筒。然后將探針的尖端探入輸出電壓，并調(diào)整針筒角度，使它在非?？拷舛说狞c(diǎn)處接地。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，可觸及的探針點(diǎn)或者尖端和針筒都能探入的點(diǎn)可能不是理想位置，而且/或者與任何輸出電容器都間隔一定的距離。理想情況下，應(yīng)盡可能靠近輸出電容器放置探針。

針尖針筒探測(cè)法的理想設(shè)置

另一方面，回形針測(cè)量法在采用針尖針筒測(cè)量法的同時(shí)，還在針筒上添加了一個(gè)帶有短引線的小線圈。這樣就形成一個(gè)類似鑷子的尖端，能夠找到更靈活的探針位置，同時(shí)保持較小的環(huán)路面積。

回形針探測(cè)法的理想設(shè)置

盡管這并不是獲得良好信號(hào)的唯一方法，但無(wú)論選擇什么方法，都應(yīng)該盡量將接地回路降至最小。

紋波和噪聲

紋波乃是由電源電路內(nèi)部轉(zhuǎn)換過(guò)程引發(fā)的輸出電壓固有交流成分。噪聲則體現(xiàn)了電源內(nèi)的寄生效應(yīng)，形現(xiàn)在輸出電壓的高頻電壓尖峰中。數(shù)據(jù)手冊(cè)詳細(xì)列出了由紋波及噪聲導(dǎo)致的輸出電壓最大峰值偏差。依據(jù)上述原則，務(wù)必采用精準(zhǔn)的探測(cè)手段以確保持續(xù)準(zhǔn)確反映電源紋波和噪聲的特性。

在進(jìn)行紋波與噪聲的評(píng)估過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注一些基本條件。首先，負(fù)載對(duì)于紋波產(chǎn)生顯著影響，因此必須嚴(yán)格遵循數(shù)據(jù)手冊(cè)的要求，在同等負(fù)荷條件下（通常是滿負(fù)荷）進(jìn)行檢測(cè)。此外，輸入電壓亦會(huì)對(duì)紋波造成影響，故而應(yīng)該在所有關(guān)聯(lián)的輸入電壓范圍內(nèi)進(jìn)行全面測(cè)試。除了電氣參數(shù)外，諸多生產(chǎn)商還提出了具體的外部電容建議（通常包括10μF的電解質(zhì)電容以及0.1μF的陶瓷電容）。這些電容需安裝在電源的輸出端，以便于測(cè)試操作。測(cè)試探針應(yīng)接近電容布置位置。最后，在示波器通道層級(jí)，通常會(huì)設(shè)定20 MHz的帶寬限制以應(yīng)對(duì)此項(xiàng)測(cè)量要求。

實(shí)現(xiàn)此類測(cè)試往往只需一根示波器探針即可，采用前文所述測(cè)量方法，測(cè)試探針貫穿輸出電容或指定的外部電容。

不良和良好的探針測(cè)量示例：大型接地回路紋波和噪聲測(cè)量（左）與“回形針”探測(cè)法（右）

瞬態(tài)響應(yīng)

瞬態(tài)響應(yīng)是輸出電壓可能由于負(fù)載變化而偏離的量。負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電源不能立即對(duì)新條件作出反應(yīng)，因而存儲(chǔ)的能量會(huì)變得過(guò)多或不足。能量過(guò)?；蛉狈δ芰繂?wèn)題將由輸出電容器負(fù)責(zé)解決。它們要么通過(guò)消耗電荷來(lái)維持負(fù)載從而導(dǎo)致電壓降低，要么就會(huì)儲(chǔ)存多余的能量從而導(dǎo)致電壓升高。通過(guò)幾個(gè)交換循環(huán)，電源將調(diào)整為僅存儲(chǔ)負(fù)載所需的能量，而輸出電壓將恢復(fù)標(biāo)稱值。測(cè)量瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)，輸出電壓偏離其標(biāo)稱值的量、恢復(fù)所需的時(shí)間或電壓超出規(guī)定調(diào)節(jié)限值的時(shí)間都會(huì)產(chǎn)生影響。

與紋波與噪聲（僅限于負(fù)載與輸入電壓的限制條件）有所區(qū)別的是，瞬態(tài)響應(yīng)受到諸多其他因素的影響，這些因素可能會(huì)對(duì)其測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生干擾。值得我們關(guān)注的一些關(guān)鍵條件包括：施加的負(fù)載階躍的轉(zhuǎn)換速率、啟動(dòng)電流以及結(jié)束電流。轉(zhuǎn)換速率對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)具有重大影響，這是因?yàn)樵陔娫茨軌蚣皶r(shí)應(yīng)對(duì)變化的前提下，負(fù)載變化越迅速，則輸出偏差的幅度會(huì)越大。啟動(dòng)電流和結(jié)束電流的水平同樣會(huì)產(chǎn)生影響。電源在輕負(fù)載狀態(tài)下的表現(xiàn)形式一般各不相同，且跨越這些區(qū)域的瞬態(tài)可能導(dǎo)致電源的反應(yīng)與在同一區(qū)域出現(xiàn)的瞬態(tài)有所差異。啟動(dòng)電流、結(jié)束電流以及轉(zhuǎn)換速率還影響了電流變化的時(shí)間，故需嚴(yán)格遵循特定的標(biāo)準(zhǔn)。

用戶需要兩個(gè)示波器通道進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)量。第一個(gè)探針應(yīng)穿過(guò)靠近輸出引腳或調(diào)節(jié)點(diǎn)的電源輸出。測(cè)量遠(yuǎn)離調(diào)節(jié)點(diǎn)的輸出電壓將導(dǎo)致兩個(gè)負(fù)載狀態(tài)之間產(chǎn)生直流偏差，這是由輸出電纜中的壓降引起的。第二個(gè)探針應(yīng)該用于電流或與瞬態(tài)負(fù)載變化同步的信號(hào)。該探針將用作觸發(fā)器，以便可以清楚地看到產(chǎn)生的輸出電壓偏差。

輸出電壓（上圖）和負(fù)載（下圖）的瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)量

結(jié)論

紋波和瞬態(tài)是電源評(píng)估的常見元素。使用示波器測(cè)量這些特性時(shí)，務(wù)必要盡量縮小探針環(huán)路面積以避免相關(guān)信號(hào)失真。除了正確的探針測(cè)量技術(shù)之外，還必須知道并遵守?cái)?shù)據(jù)表指定這些測(cè)量時(shí)的條件，以便有效地進(jìn)行比較。

審核編輯：劉清