諧波？紋波？噪聲
？還傻傻分不清楚嗎！ 

 

紋波

 

紋波：是附著於直流電平之上的包含周期性與隨機性成分的雜波信號。指在額定輸出電壓
、電流的情況下，輸出電壓中的交流電壓的峰值。狹義上的紋波電壓
，是指輸出直流電壓中含有的工頻交流成分。

 

噪聲

 

噪聲：對dui於yu電dian子zi線xian路lu中zhong所suo標biao稱cheng的de噪zao聲sheng
，可ke以yi概gai括kuo地di認ren為wei，它ta是shi對dui目mu的de信xin號hao以yi外wai的de所suo有you信xin號hao的de一yi個ge總zong稱cheng。最zui初chu人ren們men把ba造zao成cheng收shou音yin機ji這zhe類lei音yin響xiang設she備bei所suo發fa出chu噪zao聲sheng的de那na些xie電dian子zi信xin號hao
，稱cheng為wei噪zao聲sheng。但dan是shi，一yi些xie非fei目mu的de的de電dian子zi信xin號hao對dui電dian子zi線xian路lu造zao成cheng的de後hou果guo並bing非fei都dou和he聲sheng音yin有you關guan，因yin而er，後hou來lai人ren們men逐zhu步bu擴kuo大da了le噪zao聲sheng概gai念nian。例li如ru

，把ba造zao成cheng視shi屏ping幕mu有you白bai斑ban條tiao紋wen的de那na些xie電dian子zi信xin號hao也ye稱cheng為wei噪zao聲sheng。可ke能neng以yi說shuo，電dian路lu中zhong除chu目mu的de的de信xin號hao以yi外wai的de一yi切qie信xin號hao
，不bu管guan它ta對dui電dian路lu是shi否fou造zao成cheng影ying響xiang，都dou可ke稱cheng為wei噪zao聲sheng。例li如ru，電dian源yuan電dian壓ya中zhong的de紋wen波bo或huo自zi激ji振zhen蕩dang，可ke對dui電dian路lu造zao成cheng不bu良liang影ying響xiang
，使shi音yin響xiang裝zhuang置zhi發fa出chu交jiao流liu聲sheng或huo導dao致zhi電dian路lu誤wu動dong作zuo，但dan有you時shi也ye許xu並bing不bu導dao致zhi上shang述shu後hou果guo。對dui於yu這zhe種zhong紋wen波bo或huo振zhen蕩dang，都dou應ying稱cheng為wei電dian路lu的de一yi種zhong噪zao聲sheng。又you有you某mou一yi頻pin率lv的de無wu線xian電dian波bo信xin號hao
，對dui需xu要yao接jie收shou這zhe種zhong信xin號hao的de接jie收shou機ji來lai講jiang，它ta是shi正zheng常chang的de目mu的de信xin號hao，而er對dui另ling一yi接jie收shou機ji它ta就jiu是shi一yi種zhong非fei目mu的de信xin號hao，即ji是shi噪zao聲sheng。在zai電dian子zi學xue中zhong常chang使shi用yong幹gan擾rao這zhe個ge術shu語yu
，有you時shi會hui與yu噪zao聲sheng的de概gai念nian相xiang混hun淆xiao，其qi實shi，是shi有you區qu別bie的de。噪zao聲sheng是shi一yi種zhong電dian子zi信xin號hao，而er幹gan擾rao是shi指zhi的de某mou種zhong效xiao應ying，是shi由you於yu噪zao聲sheng原yuan因yin對dui電dian路lu造zao成cheng的de一yi種zhong不bu良liang反fan應ying。而er電dian路lu中zhong存cun在zai著zhe噪zao聲sheng，卻que不bu一yi定ding就jiu有you幹gan擾rao。在zai數shu字zi電dian路lu中zhong。往wang往wang可ke以yi用yong示shi波bo器qi觀guan察cha到dao在zai正zheng常chang的de脈mai衝chong信xin號hao上shang混hun有you一yi些xie小xiao的de尖jian峰feng脈mai衝chong是shi所suo不bu期qi望wang的de，而er是shi一yi種zhong噪zao聲sheng。但dan由you於yu電dian路lu特te性xing關guan係xi
，這zhe些xie小xiao尖jian峰feng脈mai衝chong還hai不bu致zhi於yu使shi數shu字zi電dian路lu的de邏luo輯ji受shou到dao影ying響xiang而er發fa生sheng混hun亂luan
，所suo以yi可ke以yi認ren為wei是shi沒mei有you幹gan擾rao。

 

dangyigezaoshengdianyadadaozuyishidianlushoudaoganraoshi，gaizaoshengdianyajiuchengweiganraodianya。eryigedianluhuoyigeqijian
，dangtahainengbaochizhengchanggongzuoshisuojiadezuidazaoshengdianya

，chengweigaidianluhuoqijiandekangganraorongxianhuokangraodu。yibanshuolai，zaoshenghennanxiaochu，dankeyishefajiangdizaoshengdeqiangduhuotigaodianludekangraodu，yishizaoshengbuzhiyuxingchengganrao。

 

諧波

 

諧波：是shi指zhi電dian流liu中zhong所suo含han有you的de頻pin率lv為wei基ji波bo的de整zheng數shu倍bei的de電dian量liang
，一yi般ban是shi指zhi對dui周zhou期qi性xing的de非fei正zheng弦xian電dian量liang進jin行xing傅fu裏li葉ye級ji數shu分fen解jie
，其qi餘yu大da於yu基ji波bo頻pin率lv的de電dian流liu產chan生sheng的de電dian量liang。從cong廣guang義yi上shang講jiang，由you於yu交jiao流liu電dian網wang有you效xiao分fen量liang為wei工gong頻pin單dan一yi頻pin率lv，因yin此ci任ren何he與yu工gong頻pin頻pin率lv不bu同tong的de成cheng分fen都dou可ke以yi稱cheng之zhi為wei諧xie波bo。

 

諧波產生的原因：youyuzhengxiandianyajiayayufeixianxingfuzai
，dangdianliuliujingfuzaishi
，yusuojiadedianyabuchengxianxingguanxi，jibodianliufashengjibianjiuxingchengfeizhengxiandianliu，jidianluzhongyouxiebochansheng。zhuyaofeixianxingfuzaiyouUPS
、開關電源
、整流器、變頻器
、逆變器等。

 

今天此篇文章主要講解開關電源中的紋波和噪聲

 

開關電源（包括AC/DC轉換器、DC/DC轉換器、AC/DC模塊和DC/DC模塊）與線性電源相比較

，最突出的優點是轉換效率高，一般可達80%～85%，高的可達90%～97%；qici，kaiguandianyuancaiyonggaopinbianyaqitidailebenzhongdegongpinbianyaqi，bujinzhongliangjianqing，tijiyejianxiaole
，yinciyingyongfanweiyuelaiyueguang。dankaiguandianyuandequedianshiyouyuqikaiguanguangongzuoyugaopinkaiguanzhuangtai

，shuchudewenbohezaoshengdianyajiaoda

，yibanweishuchudianyade1%左右（低的為輸出電壓的0.5%左右）
，最好產品的紋波和噪聲電壓也有幾十mV；而線性電源的調整管工作於線性狀態，無紋波電壓
，輸出的噪聲電壓也較小
，其單位是μV。

 

簡單地介紹開關電源產生紋波和噪聲的原因和測量方法、測量裝置、測量標準及減小紋波和噪聲的措施。

 

紋波和噪聲產生的原因

 

開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)的(de)不(bu)是(shi)純(chun)正(zheng)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)
，裏(li)麵(mian)有(you)些(xie)交(jiao)流(liu)成(cheng)分(fen)
，這(zhe)就(jiu)是(shi)紋(wen)波(bo)和(he)噪(zao)聲(sheng)造(zao)成(cheng)的(de)。紋(wen)波(bo)是(shi)輸(shu)出(chu)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)的(de)波(bo)動(dong)，與(yu)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)開(kai)關(guan)動(dong)作(zuo)有(you)關(guan)。每(mei)一(yi)個(ge)開(kai)、關過程，電能從輸入端被“泵到”shuchuduan
，xingchengyigechongdianhefangdiandeguocheng
，congerzaochengshuchudianyadebodong，bodongpinlvyukaiguandepinlvxiangtong。wenbodianyashiwenbodebofengyuboguzhijiandefengfengzhi
，qidaxiaoyukaiguandianyuandeshurudianrongheshuchudianrongderongliangjipinzhiyouguan。

 

噪聲的產生原因有兩種
，一種是開關電源自身產生的；另一種是外界電磁場的幹擾（EMI）
，它能通過輻射進入開關電源或者通過電源線輸入開關電源。

 

kaiguandianyuanzishenchanshengdezaoshengshiyizhonggaopindemaichongchuan，youfashengzaikaiguandaotongyujiezhishunjianchanshengdejianmaichongsuozaocheng，yechengweikaiguanzaosheng。zaoshengmaichongchuandepinlvbikaiguanpinlvgaodeduo，zaoshengdianyashiqifengfengzhi。zaoshengdianyadezhenfuhendachengdushangyukaiguandianyuandetuopu、電路中的寄生狀態及PCB的設計有關。

 

利用示波器可以看到紋波和噪聲的波形
，如圖1suoshi。wenbodepinlvyukaiguanguanpinlvxiangtong，erzaoshengdepinlvshikaiguanguandeliangbei。wenbodianyadefengfengzhihezaoshengdianyadefengfengzhizhihejiushiwenbohezaoshengdianya
，qidanweishimVp-p。

 

圖1 紋波和噪聲的波形

 

紋波和噪聲的測量方法

 

紋(wen)波(bo)和(he)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)是(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)主(zhu)要(yao)性(xing)能(neng)參(can)數(shu)之(zhi)一(yi)，因(yin)此(ci)如(ru)何(he)精(jing)準(zhun)測(ce)量(liang)是(shi)一(yi)個(ge)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)問(wen)題(ti)。目(mu)前(qian)測(ce)量(liang)紋(wen)波(bo)和(he)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)是(shi)利(li)用(yong)寬(kuan)頻(pin)帶(dai)示(shi)波(bo)器(qi)來(lai)測(ce)量(liang)的(de)方(fang)法(fa)，它(ta)能(neng)精(jing)準(zhun)地(di)測(ce)出(chu)紋(wen)波(bo)和(he)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)值(zhi)。

 

由於開關電源的品種繁多（有不同的拓撲、工作頻率、輸出功率
、不同的技術要求等）

，但是各生產廠家都采用示波器測量法，僅測量裝置上不完全相同，因此各廠對不同開關電源的測量都有自己的標準，即企業標準。

 

用示波器測量紋波和噪聲的裝置的框圖如圖2所示。它由被測開關電源、負載、示波器及測量連線組成。有的測量裝置中還焊上電感或電容
、電阻等元件。

 

圖2 示波器測量框圖

 

從圖2來看，似乎與其他測波形電路沒有什麼區別，但實際上要求不同。測紋波和噪聲電壓的要求如下：

 

● 要防止環境的電磁場幹擾（EMI）侵入，使輸出的噪聲電壓不受EMI的影響；

● 要防止負載電路中可能產生的EMI幹擾；

● 對小型開關型模塊電源
，由於內部無輸出電容或輸出電容較小，所以在測量時要加上適當的輸出電容。

 

為滿足第1條要求，測量連線應盡量短，並采用雙絞線（消除共模噪聲幹擾）或同軸電纜；一般的示波器探頭不能用，需用專用示波器探頭；並且測量點應在電源輸出端上，若測量點在負載上則會造成極大的測量誤差。為滿足第2點，負載應采用阻性假負載。

 

經jing常chang有you這zhe樣yang的de情qing況kuang發fa生sheng
，用yong戶hu買mai回hui的de開kai關guan電dian源yuan或huo模mo塊kuai電dian源yuan，在zai測ce量liang紋wen波bo和he噪zao聲sheng這zhe一yi性xing能neng指zhi標biao時shi
，發fa現xian與yu產chan品pin技ji術shu規gui格ge上shang的de指zhi標biao不bu符fu

，大da大da地di超chao過guo技ji術shu規gui格ge上shang的de性xing能neng指zhi標biao要yao求qiu，這zhe往wang往wang是shi用yong戶hu的de測ce量liang裝zhuang置zhi不bu合he適shi
，測ce量liang的de方fang法fa（測量點的選擇）不合適或采用通用的測量探頭所致

 

幾種測量裝置

 

1 雙絞線測量裝置

 

雙絞線測量裝置如圖3所示。采用300mm（12英寸）長、#16AWG線規組成的雙絞線與被測開關電源的+OUT及-OUT連接，在+OUT與-OUT之間接上阻性假負載。在雙絞線末端接一個4TμF電解電容（鉭電容）後輸入帶寬為50MHz（有的企業標準為20MHz）的示波器。在測量點連接時，一端要接在+OUT上
，另一端接到地平麵端。

 

圖3 雙絞線測量裝置

 

這裏要注意的是，雙絞線接地線的末端要盡量的短，夾在探頭的地線環上。

 

2 平行線測量裝置

 

平行線測量裝置如圖4所示。圖4中，C1是多層陶瓷電容（MLCC），容量為1μF
，C2是鉭電解電容，容量是10μF。兩條平行銅箔帶的電壓降之和小於輸出電壓值的2%。該測量方法的優點是與實際工作環境比較接近
，缺點是較容易撿拾EMI幹擾。

 

圖4 平行線測量裝置

 

3 專用示波器探頭

 

圖5suoshiweiyizhongzhuanyongshiboqitantouzhijieyubocedianyuankaojie。zhuanyongshiboqitantoushangyougedixianhuan，qitantoudejianduanjiechudianyuanshuchuzhengji
，dixianhuanjiechudianyuandefuji（GND），接觸要可靠。

 

圖5 示波器探頭的接法

 

這(zhe)裏(li)順(shun)便(bian)提(ti)出(chu)，不(bu)能(neng)采(cai)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)通(tong)用(yong)探(tan)頭(tou)，因(yin)為(wei)通(tong)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)探(tan)頭(tou)的(de)地(di)線(xian)不(bu)屏(ping)蔽(bi)且(qie)較(jiao)長(chang)
，容(rong)易(yi)撿(jian)拾(shi)外(wai)界(jie)電(dian)磁(ci)場(chang)的(de)幹(gan)擾(rao)，造(zao)成(cheng)較(jiao)大(da)的(de)噪(zao)聲(sheng)輸(shu)出(chu)
，虛(xu)線(xian)麵(mian)積(ji)越(yue)大(da)
，受(shou)幹(gan)擾(rao)的(de)影(ying)響(xiang)越(yue)大(da)，如(ru)圖(tu)6所示。

 

圖6 通用探頭易造成幹擾

 

4 同軸電纜測量裝置

 

這裏介紹兩種同軸電纜測量裝置。圖7是在被測電源的輸出端接R、C電路後經輸入同軸電纜（50Ω）後接示波器的AC輸入端；圖8是同軸電纜直接接電源輸出端，在同軸電纜的兩端串接1個0.68μF陶瓷電容及1個47Ω/1w碳膜電阻後接入示波器。T形BNC連接器和電容電阻的連接如圖9所示。

 

圖7 同軸電纜測量裝置1

 

圖8 同軸電纜測量裝置2

 

圖9 T形BNC連接器和電容電阻的連接

 

紋波和噪聲的測量標準

 

yishangjieshaoleduozhongceliangzhuangzhi
，tongyigebeicedianyuanruocaiyongbutongdeceliangzhuangzhi
，qiceliangdejieguoshibuxiangtongde，ruonengcaiyongyiyangdebiaozhunceliangzhuangzhilaice，zeceliangdejieguocaiyoukebixing。

 

圖10 測量標準的測量裝置

 

國家標準規定在被測電源輸出正、負端小於150mm處並聯兩個電容C2及C3，C2為22μF電解電容
，C3為0.47μF薄膜電容。在這兩個電容的連接端接負載及不超過1.5m長的50Ω同軸電纜，同軸電纜的另一端連接一個50Ω的電阻R和串接一個4700pF的電容C1後接入示波器，示波器的帶寬為100MHz。同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)的(de)兩(liang)端(duan)連(lian)接(jie)線(xian)應(ying)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)短(duan)
，以(yi)防(fang)止(zhi)撿(jian)拾(shi)輻(fu)射(she)的(de)噪(zao)聲(sheng)。另(ling)外(wai)，連(lian)接(jie)負(fu)載(zai)的(de)線(xian)若(ruo)越(yue)長(chang)


，則(ze)測(ce)出(chu)的(de)紋(wen)波(bo)和(he)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)越(yue)大(da)，在(zai)這(zhe)情(qing)況(kuang)下(xia)有(you)必(bi)要(yao)連(lian)接(jie)C2及C3。若示波器探頭的地線太長


，則紋波和噪聲的測量不可能精確。

另外
，測試應在溫室條件下，被測電源應輸入正常的電壓，輸出額定電壓及額定負載電流。

 

減小紋波和噪聲電壓的措施

 

開關電源除開關噪聲外，在AC/DC轉換器中輸入的市電經全波整流及電容濾波，電流波形為脈衝，如圖11所示（圖a是全波整流、濾波電路
，b是電壓及電流波形）。電流波形中有高次諧波，它會增加噪聲輸出。良好的開關電源（AC/DC轉換器）在電路增加了功率因數校正（PFC）電路


，使輸出電流近似正弦波，降低高次諧波，功率因數提高到0.95左右
，減小了對電網的汙染。電路圖如圖12所示。

 

圖11 開關電源整流波形

 

圖12 開關電源PFC電路

 

開關電源或模塊的輸出紋波和噪聲電壓的大小與其電源的拓撲，各部分電路的設計及PCB設計有關。例如，采用多相輸出結構，可有效地降低紋波輸出。現在的開關電源的開關頻率越來越高；低的是幾十kHz，一般是幾百kHz



，而高的可達1MHz以上。因此產生的紋波電壓及噪聲電壓的頻率都很高，要減小紋波和噪聲最簡單的辦法是在電源電路中加無源低通濾波器。

 

1 減少EMI的措施

 

可以采用金屬外殼做屏蔽減小外界電磁場輻射幹擾。為減少從電源線輸入的電磁幹擾，在電源輸入端加EMI濾波器，如圖13所示（EMI濾波器也稱為電源濾波器）。

 

圖13 開關電源加EMI濾波

 

2 在輸出端采用高頻性能好、ESR低的電容

 

采用高分子聚合物固態電解質的鋁或鉭電解電容作輸出電容是最佳的
，其特點是尺寸小而電容量大，高頻下ESR阻抗低
，允許紋波電流大。它最適用於高效率、低電壓、大電流降壓式DC/DC轉換器及DC/DC模塊電源作輸出電容。例如，一種高分子聚合物鉭固態電解電容為68μF，其在20℃
、100kHz時的等效串聯電阻（ESR）最大值為25mΩ，最大的允許紋波電流（在100kHz時）為2400mArms，其尺寸為：7.3mm（長）×4.3mm（寬）×1.8mm（高）
，其型號為10TPE68M（貼片或封裝）。

 

紋波電壓ΔVOUT為：

 

ΔVOUT=ΔIOUT×ESR        （1)

 

若ΔIOUT=0.5A，ESR=25mΩ，則ΔVOUT=12.5mV。

 

若采用普通的鋁電解電容作輸出電容
，額定電壓10V、額定電容量100μF，在20℃
、120Hz時的等效串聯電阻為5.0Ω，最大紋波電流為70mA。它隻能工作於10kHz左右，無法在高頻（100kHz以上的頻率）下工作

，再增加電容量也無效
，因為超過10kHz時，它已成電感特性了。

 

某些開關頻率在100kHz到幾百kHz之間的電源，采用多層陶電容（MLCC）或鉭電解電容作輸出電容的效果也不錯，其價位要比高分子聚合物固態電解質電容要低得多。

 

3 采用與產品係統的頻率同步

 

為減小輸出噪聲，電源的開關頻率應與係統中的頻率同步，即開關電源采用外同步輸入係統的頻率，使開關的頻率與係統的頻率相同。

 

4 避免多個模塊電源之間相互幹擾

 

在同一塊PCB上可能有多個模塊電源一起工作。若模塊電源是不屏蔽的
、並且靠的很近

，則可能相互幹擾使輸出噪聲電壓增加。為避免這種相互幹擾可采用屏蔽措施或將其適當遠離
，減少其相互影響的幹擾。

 

5 增加LC濾波器

 

為減小模塊電源的紋波和噪聲

，可以在DC/DC模塊的輸入和輸出端加LC濾波器，如圖14所示。圖14左圖是單輸出
，圖14右圖是雙輸出。

 

圖14 在DC/DC模塊中加入LC濾波器

 

在表1及表2中列出1W DC/DC模塊的VIN端和VOUT端在不同輸出電壓時的電容值。要注意的是，電容量不能過大而造起動問題，LC的諧振頻率必須與開關頻率要錯開以避免相互幹擾
，L采用μH極的，其直流電阻要低，以免影響輸出電壓精度。

 

表1和表2

 

6 增加LDO

 

在開關電源或模塊電源輸出後再加一個低壓差線性穩壓器（LDO）能大幅度地降低輸出噪聲
，以滿足對噪聲特別有要求的電路需要（見圖15），輸出噪聲可達μV級。

 

圖15 在電源中加入LDO

 

由於LDO的壓差（輸入與輸出電壓的差值）僅幾百mV，則在開關電源的輸出略高於LDO幾百mV就可以輸出標準電壓了，並且其損耗也不大。

 

7 增加有源EMI濾波器及有源輸出紋波衰減器

 

有源EMI濾波器可在150kHz～30MHz間衰減共模和差模噪聲
，並且對衰減低頻噪聲特別有效。在250kHz時，可衰減60dB共模噪聲及80dB差模噪聲


，在滿載時效率可達99%。

 

輸出紋波衰減器可在1～500kHz範圍內減低電源輸出紋波和噪聲30dB以上，並且能改善動態響應及減小輸出電容。

 

很多人在測試紋波和噪聲時往往會出現上百mv，或者幾百mv

，遠遠比說明書提供的紋波值大很多，這主要是測試方法不正確造成的。造成對紋波測試的幾點誤區。

 

誤區一：測試帶寬的選擇，帶寬越大測試越準確

 

這種認為是不正確的。輸出紋波的頻率和電源的開關頻率相同
，而開關頻率目前一般從幾十KHZ到幾MHZ,另外由開關器件所造成的幹擾也小於20MHZ，帶寬限製在20MHZ，也(ye)是(shi)避(bi)免(mian)外(wai)界(jie)的(de)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)影(ying)響(xiang)紋(wen)波(bo)的(de)測(ce)試(shi)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)
，模(mo)塊(kuai)使(shi)用(yong)說(shuo)明(ming)書(shu)都(dou)會(hui)提(ti)到(dao)該(gai)模(mo)塊(kuai)在(zai)測(ce)試(shi)紋(wen)波(bo)時(shi)所(suo)選(xuan)用(yong)的(de)示(shi)波(bo)器(qi)測(ce)試(shi)帶(dai)寬(kuan)。通(tong)常(chang)沒(mei)有(you)特(te)殊(shu)說(shuo)明(ming)，紋(wen)波(bo)測(ce)試(shi)的(de)帶(dai)寬(kuan)一(yi)般(ban)設(she)定(ding)為(wei)20MHZ。目前市麵上的示波器都有20MHZ帶寬限製功能。

 

誤區二：測試方法的選擇

 

測試方法的選擇在目前是存在較大爭議的，同一個模塊采用不同的測試方法會得到不同的結果。目前行業內普遍流行的有靠測法、雙絞線法、平行線法
、50outongzhoudianlanceshisizhongfangfa，qimudezhiyouyige，jiushizhenshikeguandeceshimokuaideshuchuwenbo。eryonghuzaishiyongzhongyinweizhongzhongkeguanyinsuyibancaiyongdeshishuaixianfa，jiushinashiboqitantou、地di線xian夾jia直zhi接jie接jie在zai模mo塊kuai的de輸shu出chu管guan腳jiao測ce試shi
，這zhe種zhong方fang法fa不bu能neng說shuo不bu正zheng確que
，但dan會hui對dui測ce試shi結jie果guo帶dai來lai很hen大da的de不bu同tong，一yi般ban可ke達da到dao上shang百bai或huo者zhe幾ji百bai毫hao伏fu的de紋wen波bo。 

 

示波器探頭的地線長度約13cm
，自身電感約為80nH，gongmodianliuhuizaidixianjiazishangchanshengyidingliangbukehulvedejianfengdianya。zaishijiceshishi

，dixianjiatongchanghuiyihuanxingchuxian，suoyihenrongyijieshoudaokongjianfushe。ceshiduanzihedixianjiagouchengdehuanlujiuxiangtianxianyiyangzaigongzuo
，dixianhuandemianjiyueda，kaiguanguochengzhonghuoqudezaoshengjiuyueda
，yingxiangdaowenbodezhengqueceshi。weijianxiaodixianjiaguochangsuozaochengdeyingxiang
，tantouyinggaizhijiekaozaishuchuguanjiaoliangduan，zheyangxinhaohedixianglianchudedixianhuanmianjijiuhenxiaole
，zhejiushikaocefa。ceshishiqudiaoshiboqitantoudedixianjiahetantoumaozi，zhijiekaozaishuchuguanjiaoshangjinxingceshi，ruguoshuchuguanjiaojianjushaoda，shiboqitantoubunengzhijiekaoshang
，keyiyongzizhidixianhuanjinxingceshi，ruxiatusuoshi。

 

（左）使用地線夾直接測試 （右）采用靠測法測試

 

duiyuyixiexuyaodiwenboshuchudetedingchanghe
，xuyaocaiqutedingdeshejifangan，caiyongshuaixianfaceshiyenengdedaobijiaoxiaodewenbo。xianweijingdianzizhizaoyouxiangongsituichuleliangkuanshuru16VDC—40VDC,輸出5VDC

、12VDC、15VDC


、±5VDC、±12VDC、±15VDC 六種輸出電壓，輸出功率15W,內nei置zhi輸shu入ru濾lv波bo器qi輸shu出chu低di紋wen波bo的de高gao可ke靠kao軍jun用yong電dian源yuan模mo塊kuai，一yi種zhong采cai用yong全quan金jin屬shu氣qi密mi性xing封feng裝zhuang
，一yi種zhong采cai用yong優you良liang導dao熱re灌guan封feng膠jiao的de五wu麵mian體ti金jin屬shu結jie構gou，兩liang種zhong模mo塊kuai采cai用yong甩shuai線xian法fa測ce試shi20MHZ帶寬
，紋波在20—50mv,並且該模塊不用外加濾波器可以通過GJB151-97中CE102的要求。

關於測試帶寬網友的問答

 

網友疑問

 

測試電源紋波和噪聲的時候，選擇20MHZ的帶寬是為了測試電源自身是否滿足要求，對於電源這種低頻信號而言，20MHZ帶寬已經足夠了。有一疑問：為什麼不在示波器上選擇全帶寬?選擇全帶寬是怕受到高頻信號的幹擾
，而無法測試出電源本身的問題?但dan是shi電dian源yuan對dui於yu電dian路lu板ban而er言yan很hen重zhong要yao，如ru果guo高gao頻pin信xin號hao也ye對dui此ci有you大da的de幹gan擾rao，那na麼me電dian路lu板ban就jiu不bu能neng正zheng常chang工gong作zuo，是shi不bu是shi也ye應ying當dang測ce試shi高gao頻pin信xin號hao對dui電dian源yuan的de幹gan擾rao？

 

我(wo)個(ge)人(ren)認(ren)為(wei)，為(wei)了(le)準(zhun)確(que)的(de)測(ce)量(liang)電(dian)源(yuan)紋(wen)波(bo)信(xin)號(hao)
，就(jiu)需(xu)要(yao)把(ba)直(zhi)流(liu)以(yi)上(shang)的(de)噪(zao)聲(sheng)完(wan)全(quan)測(ce)試(shi)出(chu)來(lai)
，所(suo)以(yi)不(bu)進(jin)行(xing)帶(dai)寬(kuan)限(xian)製(zhi)是(shi)最(zui)好(hao)的(de)，不(bu)知(zhi)道(dao)我(wo)這(zhe)個(ge)觀(guan)點(dian)是(shi)否(fou)正(zheng)確(que)？我(wo)的(de)問(wen)題(ti)的(de)出(chu)發(fa)點(dian)就(jiu)是(shi)想(xiang)盡(jin)量(liang)準(zhun)確(que)的(de)把(ba)IC端電源噪聲測量出來。如果來一個20M的 帶寬限製，其測試到的結果明顯偏小

，就反應不了真實的情況。此時
，很有可能隨著IC的門電路的翻轉
，電源上有20M以上，且幅度比較大的噪聲存在，這個噪聲有可能使IC的de輸shu出chu特te性xing變bian差cha。如ru果guo我wo測ce不bu到dao這zhe個ge噪zao聲sheng，我wo就jiu可ke能neng無wu法fa找zhao出chu合he適shi的de電dian容rong來lai把ba這zhe個ge噪zao聲sheng濾lv掉diao，從cong而er不bu能neng解jie決jue電dian源yuan噪zao聲sheng引yin起qi的de問wen題ti。不bu知zhi我wo的de這zhe個ge理li解jie是shi否fou正zheng確que？

 

網友1

 

選擇20Mdemudezhishiyaojiangwenboceshichulai
，zhegeshidianyuandezhibiao。danshiduiyudanbanlaijiang，ceshidianyadewenbohaishixuyaoshiyongquandaikuanquceshi，yanzhengdanbandianyuandewendingxing。

 

網友2

 

因為電源的紋波和噪聲主要來自開關管，而電源的開關管工作在40多KHz,所以選擇20MHz的帶寬來測試。

 

網友3

 

擾在電路板中主要指的是EMI問題，從能量的角度考慮
，電源的能量是最強的，它可以產生很強的磁場，對其它信號的幹擾最大，而高頻信號的電壓一般在700mv左右，且信號能產生的磁場很弱，相對於電源而言，對電源的影響很小，可以不計。

 

網友4

 

對於電源紋波和噪聲，個人認為電源紋波應該使用20MHz的帶寬來測試，而測試噪聲的時候

，要使用全帶寬的來測試。原因是：對於紋波來講，是電源輸出的時候
，電源自身的開關頻率引起的
，而在測試的時候使用20MHz的de帶dai寬kuan，就jiu是shi為wei了le把ba高gao頻pin的de噪zao聲sheng去qu掉diao，為wei了le抓zhua到dao真zhen實shi的de紋wen波bo。而er對dui噪zao聲sheng來lai講jiang
，要yao分fen選xuan取qu的de測ce試shi點dian，一yi般ban測ce試shi芯xin片pian的de電dian源yuan輸shu入ru的de是shi放fang在zai芯xin片pian的de接jie收shou端duan


，在zai接jie受shou端duan測ce試shi實shi際ji的de電dian源yuan噪zao聲sheng
，一yi般ban是shi有you一yi定ding的de範fan圍wei要yao求qiu的de，如ru果guo超chao過guo這zhe個ge要yao求qiu，也ye是shi需xu要yao處chu理li的de。而er在zai問wen題ti中zhong擔dan心xin高gao頻pin噪zao聲sheng在zai電dian源yuan自zi身shen有you影ying響xiang，這zhe個ge基ji本ben不bu用yong擔dan心xin，在zai電dian源yuan的de輸shu出chu端duan一yi般ban都dou是shi有you小xiao的de濾lv波bo電dian容rong進jin行xing濾lv除chu高gao頻pin的de噪zao聲sheng，如ru果guo測ce試shi電dian源yuan輸shu出chu端duan有you很hen大da的de噪zao聲sheng，建jian議yi需xu要yao處chu理li一yi下xia
，用yong小xiao電dian容rong將jiang這zhe部bu分fen濾lv掉diao。

 

網友5

 

要把紋波和噪聲分開來看，紋波是由電容的充放電，PWM調解產生（當然，這裏也有一部分低頻噪聲），一次電源的波紋還和50HZ的工頻有關。就像問題中所說的那樣
，電源的頻率很低
，20MHZ保bao證zheng測ce出chu來lai的de是shi電dian源yuan本ben身shen的de問wen題ti，而er不bu是shi高gao頻pin幹gan擾rao。而er在zai噪zao聲sheng的de測ce試shi中zhong，是shi要yao求qiu把ba示shi波bo器qi打da到dao全quan帶dai寬kuan的de，這zhe樣yang來lai捕bu獲huo全quan帶dai寬kuan下xia開kai關guan電dian源yuan的de噪zao聲sheng。而er在zai定ding義yi噪zao聲sheng的de指zhi標biao時shi
，一yi般ban要yao考kao慮lv噪zao聲sheng和he直zhi流liu壓ya降jiang一yi起qi對dui後hou端duan用yong電dian芯xin片pian的de影ying響xiang
，也ye就jiu是shi說shuo
，噪zao聲sheng要yao占zhan用yong直zhi流liu壓ya降jiang的de工gong作zuo範fan圍wei。因yin此ci
，的de確que要yao測ce試shi高gao頻pin信xin號hao對dui後hou端duan用yong電dian芯xin片pian的de影ying響xiang
，而er這zhe一yi影ying響xiang，就jiu用yong噪zao聲sheng來lai體ti現xian。以yi上shang是shi我wo對dui紋wen波bo噪zao聲sheng的de理li解jie，裏li麵mian會hui有you一yi錯cuo誤wu和he遺yi漏lou的de地di方fang
，請qing指zhi出chu
，謝xie謝xie！

 

網友6

 

對於電源噪聲，我認為在單獨的對電源電路進行測試時，需要進行20MHz限製，這樣可以發現電源本身有沒有問題
，整版的測試需要在電源OK的基礎上進行。一般情況下，我們會在IC的power腳都會加0.1uF進行退耦處理，這個處理其實就是對耦合到電源上的高頻雜波的濾除。當然，如果可以在全帶寬的情況通過spec要求，這個就更好了。其實談到0.1uF的退耦，我有個疑惑，為什麼目前電路速度越來越快
，但是0.1uF雷打不動？0.1uF究竟對哪個頻段工作最有效
？在整版都跑1G/2.5G甚至10G的情況下
，有沒有必要將這顆電容值減小？期待得到你的幫助，謝謝！

 

網友7

 

紋波和噪聲的測試首選使用同軸電纜紋波需要選擇20M帶寬

，噪聲的測試需要使用全頻帶
，因為有時信號需要以電源平麵作為參考麵走線，必要時 使用頻譜分析儀分析高頻噪聲的頻段。

 

網友8

 

示shi波bo器qi在zai模mo擬ni前qian端duan和he數shu字zi化hua過guo程cheng中zhong會hui存cun在zai垂chui直zhi噪zao聲sheng
，示shi波bo器qi是shi測ce量liang儀yi器qi，示shi波bo器qi帶dai寬kuan越yue寬kuan
，垂chui直zhi噪zao聲sheng就jiu越yue大da，而er嚴yan重zhong的de垂chui直zhi噪zao聲sheng會hui影ying響xiang如ru下xia幾ji點dian:       

 

1.引入幅度測量誤差
； 

2.引入sin(x)/x波形重建不確定度； 

3.引入作為輸入信號沿壓擺率函數的定時誤差（抖動）
；      

4.造成可觀測到的不良胖波形
；

 

因此，不將示波器設置成全帶寬，恰恰是避免
，示波器的本底噪聲加入到電源中。 

 

我覺得，高頻信號不會對電源產生幹擾，電源或者更多的是地
，會是高頻信號串擾的一個載體。電路設計中，會在電源出
，並上10uf、1uf並聯起來的電容

，正式為了避免高頻信號通過電源串擾到電路其他地方。

 

網友9

 

一般認為5M以下為電源紋波，這個紋波主要是電源的貢獻（關於這塊
，我認同問題中說法）。對於紋波的要求一般是1％以下；     5M以上一般認為是噪聲
，也就是問題中說的高頻信號，對於噪聲一般是要求3％～5％。個人認為噪聲主要是來自板上器件
，這個噪聲主要還是針對電源網絡而言。 

 

所以個人認為示波器設置20M測試的紋波測的是電源模塊輸出電源的質量，而示波器的全帶寬測的是整個電源網絡的電源質量，所以對電源質量要求比較高的器件（如鎖相環
，A/D等）全帶寬的測試也是有必要的。

 

網友10

 

示波器測量電源紋波時，因為使用接地線很長的示波器探針
、huozherangyoutanzhenhejiedixianxingchengdehuilukaojingonglvbianyaqihekaiguanyuanjiandengqingkuang
，shishiboqiouhejinleyixiegaopinganrao，zheshiyoushiboqibenshendeyuanyinyinrude，bingbushidianyuanshuchudewenbochengfen
，weileceliangzhunque，suoyiyaojiangduidaikuanyousuoxianzhi
，bunengxuanzequandaikuan。 

 

選擇全帶寬是怕受到高頻信號的幹擾
，而無法測試出電源本身的問題。 

 

為了保證電路板和電源正常工作，根據實際情況一般要采取在電源輸出端或（和）電路板輸入端加低通濾波
、關鍵部件屏蔽等措施。電源的抗幹擾能力最終也是通過測量紋波和噪聲反映出來。

 

網友11

 

這個疑問很有道理的，在我們測試中，我們知道電源板內基本都是低頻信號
，  最高頻莫過於控製芯片的時鍾。當然不可否定電源其他幹擾源的影響，這些在EMC實驗中都會做實驗的；另外
，電源輸出測試，我們也測試20M帶寬、200M帶寬下信號和紋波，這我們都有標準的
， 兩個帶寬下得測試隻是在示波器帶寬切換而已，非常容易，測試一下，但也無妨。

 

網友12

 

關於電源（模塊電源）噪聲和紋波的測量： 

 

測試方法是：紋波測試是采用20MHZ限製帶寬測試，時間格設置在開關電源PWM頻率左右。紋波是抓開關電源輸出電壓的波動。

噪聲測試必須采用全帶寬測試，要求時間格在200nS/DIV
；一般是抓比開關頻率高的雜波或者餘波。 

 

在係統板卡的模塊上一般來說

，紋波影響芯片的基本性能和穩定性。噪聲影響收發數據可靠性，丟包，錯包概率。

 

網友13

 

我對這一次的問題很感興趣，因為我在測我電路板上的開關電源的時候 就發現開關噪聲很大，這種噪聲不同於紋波，在開關狀態變化時均會出現， 通過很多努力，均未能消除。後來，采用接地環測試
，也就是縮短試波器探 頭的接地線之後，發現測量到的開關噪聲就減小了很多。由此判斷，我之前 測到的噪聲應該是開關電源的空間幹擾。後來聽別人說，測紋波是要把示波 器的帶寬調到20MHz, 我想可能是因為
，測試電源時主要是測其電路上的指 標，故使用20MHz帶寬
，可濾除空間幹擾。 

 

不知道是這個原因嗎？

 

網友14

 

關於這個問題

，我的看法是：選xuan擇ze全quan帶dai寬kuan是shi怕pa受shou到dao高gao頻pin信xin號hao的de幹gan擾rao，而er無wu法fa測ce試shi出chu電dian源yuan本ben身shen的de問wen題ti。但dan這zhe個ge高gao頻pin信xin號hao是shi從cong場chang空kong間jian通tong過guo示shi波bo器qi探tan頭tou耦ou合he進jin去qu的de，並bing不bu是shi電dian源yuan自zi身shen產chan生sheng的de。所suo以yi電dian源yuan供gong電dian的de電dian路lu板ban可ke以yi正zheng常chang工gong作zuo，測ce試shi電dian源yuan時shi也ye無wu須xu測ce試shi高gao頻pin信xin號hao對dui電dian源yuan的de幹gan擾rao。但dan是shi現xian在zai有you的de開kai關guan電dian源yuan為wei了le提ti高gao效xiao率lv，單dan位wei功gong率lv等deng指zhi標biao，將jiang開kai關guan頻pin率lv做zuo得de很hen高gao，如ruVicor的電源好多開關頻率都在1MHz左右
，此時對電台等對頻段敏感的應用，就需要全波段考查
，否則會引起頻段混疊，電台收發出錯。

 

網友15

 

業界一般都是使用20MHz帶寬測量的電源模塊/DC-DC等主供電設備電源輸出噪聲的
，如果測量IC管腳處的噪聲
，則另當別論。電源噪聲（紋波)： 噪聲包含很多種的成分（底噪，文波等），是一個籠統的說法。紋波代表有固定頻率的波， 在電源裏主要是開關頻率對應的噪聲（紋波），故有時電源噪聲和紋波通用。一點個人見解
，未必準確。

 

網友16

 

其實在實際的工程開發測試在中
，測試是更有針對性的
，所以，以下觀點我不是很讚同。實際的測試中會包括兩部分：紋波測試機噪聲測試。而噪聲測試就是你所提到的不做帶寬限製
，最大可能獲取真實情況。

 

網友17

 

您好！我wo前qian幾ji天tian在zai公gong司si內nei組zu織zhi過guo一yi次ci紋wen波bo測ce試shi方fang麵mian的de討tao論lun，感gan覺jiao精jing確que的de測ce量liang紋wen波bo對dui操cao作zuo者zhe的de要yao求qiu比bi較jiao高gao，需xu要yao考kao慮lv的de因yin素su很hen多duo，導dao致zhi測ce試shi的de一yi致zhi性xing較jiao差cha。同tong樣yang的de一yi個ge電dian路lu，換huan個ge人ren測ce
，結jie果guo偏pian差cha就jiu會hui較jiao大da，花hua了le很hen大da力li氣qi測ce出chu來lai的de結jie果guo卻que不bu能neng讓rang人ren信xin服fu！ 

我想問個問題
，網上有人提到日本的一個紋波測量標準 JEITA-RC9131A，它的適用性怎麼樣？謝謝！

 

網友18(來自三星)

 

大家知道，對於電源係統來說(PDS),主要包括Source端(VRM) 和Sink端 (Chip)對於Source端來講，我們測試的是電源輸出的紋波，示波器選擇20MHZ的原因是在Source端有很多電源本身的Noise Source,比如說FET,還有電感，如果用全帶寬的話，幾乎大部分Noise Source都會耦合到探頭上麵來，這樣的話我們根本測試不到真正電源輸出紋波。    對於Sink端來講，相對就比較負責，我們不僅要考慮電源模塊本身的Noise,還要考慮PDS中的其他因素
，比如Power Plane的諧振，比如其他noise(VDC之類)耦合到Power Plane,比如芯片本身的SSN等等，這個時候如果我們用20MHZ帶寬的話，反而會遺漏掉很多電源NOISE,從而影響PI效果。 

 

所以，我覺得在Power Source端
，應該用20MHZ帶寬去測試，而在SINK端得PI測試
，則需要全帶寬去測試(當然，也不能用太高的帶寬，從經驗來看


，1GHz~2.5GHz的示波器比較合適。

 

網友19(來自ZTE)

 

對於單純的電源產品，20MHz已經足夠了，這是因為電源主要的功能是輸出一個恒定的電壓，基本上是一個直流環境，過程中不會涉及到更高速的電路；對於數字電路板上的電源，我個人還是覺得高一點帶寬比較好。我們可以從設計角度想一下，隨著用電器件內驅動、接(jie)收(shou)開(kai)關(guan)變(bian)化(hua)，電(dian)源(yuan)網(wang)絡(luo)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)也(ye)會(hui)隨(sui)之(zhi)變(bian)化(hua)
，電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua)也(ye)引(yin)起(qi)了(le)電(dian)壓(ya)的(de)波(bo)動(dong)
，這(zhe)一(yi)部(bu)分(fen)的(de)噪(zao)聲(sheng)占(zhan)電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)的(de)很(hen)大(da)比(bi)重(zhong)。為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)這(zhe)種(zhong)噪(zao)聲(sheng)，我(wo)們(men)會(hui)在(zai)電(dian)源(yuan)網(wang)絡(luo)上(shang)放(fang)置(zhi)一(yi)定(ding)規(gui)格(ge)、數(shu)量(liang)的(de)去(qu)耦(ou)電(dian)容(rong)，來(lai)保(bao)證(zheng)這(zhe)個(ge)電(dian)源(yuan)網(wang)絡(luo)的(de)阻(zu)抗(kang)在(zai)有(you)效(xiao)頻(pin)率(lv)內(nei)是(shi)低(di)於(yu)目(mu)標(biao)阻(zu)抗(kang)的(de)
，從(cong)而(er)確(que)保(bao)電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)是(shi)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu)的(de)，這(zhe)個(ge)要(yao)求(qiu)是(shi)兩(liang)維(wei)的(de)。對(dui)應(ying)的(de)
，電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)也(ye)應(ying)該(gai)是(shi)兩(liang)維(wei)的(de)：zaoshengdaxiaoheyouxiaopinlv。zhegeyouxiaopinlvshezhidaoduodameiyoudinglun
，danshimuqianzhuliudeshuzidianlubanshangquouyibanhuishejidaobaizhaoshuliangji，wogerenjiaodeshuzidianlubanshangdedianyuanzaoshengceshidaikuanyinggaishiyuciyigeshuliangji。

網友20(來自ZTE)

 

看了郵件
，覺得電源噪聲說法太籠統，看文章的內容，題目應該是：PDN的∆I噪聲測量。有兩層含義：其一，測試點在非理想電源地平麵上，非電源模塊側；其二
，噪聲來源應該是IC的開關造成的。 要把評價電源模塊噪聲特性與評價PDN的概念區分開來。 

 

電源噪聲/電源紋波的說法容易產生歧義，電源工程師關心的是電源模塊本身的噪聲與紋波指標
，SI/PI工程師更關注PDN（電源分配網絡）的噪聲指標，這個噪聲是由於IC的開關造成的，業界也稱為∆I噪聲，有個經典的公式說明PDN的噪聲來源：其一是dI，其二是供電回路電感L（在回路非理想時
，阻抗不為零，電感是一定有的）

，PI設計就是盡可能控製這個L。  

 

PDN的測試結果應該是含開關電源模塊噪聲的，開關電源本身的噪聲在頻域和∆I噪聲是可以區分開來的。

 

 

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