這篇文章適合用於測量開關型DC/DC轉換器的輸入以及輸出紋波，包括電荷泵
，但是不適用於低壓差穩壓器（LDO）。

 

 

紋波和噪聲指的是在DC/DC轉換器輸入輸出電容上的交流耦合信號
，在測試中，一般我們會將這個信號帶寬限製到20MHz。

 

紋波和噪聲主要由以下四項組成。

 

 

--電源紋波（PWM frequency RIPPLE)，和PWM頻pin率lv相xiang同tong的de。這zhe個ge紋wen波bo表biao示shi了le輸shu入ru和he輸shu出chu電dian容rong上shang的de充chong放fang電dian過guo程cheng
，在zai最zui大da負fu載zai時shi，這zhe個ge紋wen波bo達da到dao最zui大da值zhi。這zhe種zhong電dian壓ya的de波bo動dong可ke以yi通tong過guo加jia大da輸shu入ru輸shu出chu電dian容rong
、加大輸出電感來減小。

 

--開關噪聲(SWITCHING NOISE)，這種噪聲發生在電源的開關時刻。雖然開關噪聲的重複周期和PWM頻率一致，但是振蕩頻率一般都很高。開關噪聲新的振幅一般取決於電源芯片、電路寄生參數以及PCB布板。

 

--工頻噪聲(Recfified main RIPPLE)
，一般是交流供電頻率的兩倍。我國供電頻率是50Hz
，所以它的紋波主要來自工頻50Hz變壓器。大小取決於整流電路的類型。對於半波整流，50Hz；對於全波整流，是100Hz
；對於三相全波整流
，300Hz。

 

--非周期性的隨機噪聲(NOISE)，和AC電源開關頻率均無關。

 

由於現在AC-DC部分大多采用模塊開關電源，後級DC/DC電路工頻噪聲比較小
；隨機噪聲無法量化。所以一般不考慮這兩項的影響
，典型的開關電源紋波噪聲如下圖所示。我們需要測量的是紋波以及開關噪聲之和。

 

 

接下來描述了在錯誤以及正確測量電源紋波噪聲的兩種方式。

 

下(xia)圖(tu)是(shi)一(yi)個(ge)錯(cuo)誤(wu)的(de)測(ce)量(liang)方(fang)式(shi)，因(yin)為(wei)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)地(di)線(xian)會(hui)拾(shi)取(qu)輻(fu)射(she)噪(zao)聲(sheng)。示(shi)波(bo)器(qi)的(de)地(di)線(xian)和(he)信(xin)號(hao)探(tan)頭(tou)形(xing)成(cheng)的(de)環(huan)路(lu)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)天(tian)線(xian)。環(huan)路(lu)麵(mian)積(ji)越(yue)大(da)
，在(zai)電(dian)源(yuan)PWM切換時，示波器接受到的開關噪聲就越大。

 

 

在zai測ce量liang中zhong
，如ru何he減jian小xiao拾shi取qu的de輻fu射she噪zao聲sheng？最zui簡jian單dan可ke靠kao的de方fang法fa是shi采cai用yong一yi個ge接jie地di環huan來lai測ce量liang電dian源yuan紋wen波bo以yi及ji噪zao聲sheng。為wei了le進jin一yi步bu的de降jiang低di測ce試shi誤wu差cha，可ke以yi將jiang示shi波bo器qi探tan頭tou和he地di線xian直zhi接jie放fang在zai電dian源yuan輸shu出chu電dian容rong得de兩liang端duan。如ru下xia圖tu所suo示shi
，采cai用yong這zhe種zhong方fang法fa
，在zai信xin號hao探tan頭tou和he地di線xian之zhi間jian的de環huan路lu麵mian積ji很hen小xiao，所suo以yi測ce量liang中zhong帶dai來lai誤wu差cha的de噪zao聲sheng幾ji乎hu可ke以yi忽hu略lve。

 

 

因為現在的示波器探頭都附帶有接地環
，所以，不再詳細描述如何做一個接地環了。原文裏有相關描述，見文末鏈接。

 

 

下圖描述了采用兩個不同的測試方法得到的Vout波形。電源電路是一個BUCK轉換電路（AAT1121），工作在1.5MHz的開關頻率，輸出電壓為1.8V/250mA。示波器采用全帶寬測試。可以看到伴隨著PWM開關，在綠色的trace2有一個很高的噪音以及振鈴，但是trace3上卻沒有明顯的噪聲。通過對比可以看到
，測試方法的選擇對結果的準確性很關鍵。

 

 

下圖是采用20MHz帶寬限製測試到的電源的紋波以及噪聲。示波器20MHz的帶寬限製是為了防止無源探頭帶入的共模噪聲。可以看到AAT1121BUCK轉換器的紋波噪聲為10mVp-p
，幾乎看不到開關噪聲。這主要是歸功於BUCK控製器的低噪聲設計，良好的PCB設計，以及恰當的測試方法。

 

 

 

下麵總結一下正確的測量DC/DC開關電源紋波和噪音的方法。

 

1)限製示波器帶寬為20MHz(大多中低端示波器檔位限製在20MHz，高端產品還有200MHz帶寬限製的選擇)，目的是避免數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(jin)量(liang)使(shi)用(yong)探(tan)頭(tou)自(zi)帶(dai)的(de)原(yuan)裝(zhuang)測(ce)試(shi)短(duan)針(zhen)。如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)測(ce)試(shi)短(duan)針(zhen)
，可(ke)以(yi)拆(chai)除(chu)探(tan)頭(tou)的(de)接(jie)地(di)線(xian)和(he)外(wai)殼(ke)，露(lu)出(chu)探(tan)頭(tou)地(di)殼(ke)，自(zi)製(zhi)接(jie)地(di)線(xian)纏(chan)繞(rao)在(zai)探(tan)頭(tou)地(di)殼(ke)上(shang)，保(bao)證(zheng)接(jie)地(di)線(xian)長(chang)度(du)小(xiao)於(yu)1cm。