最大程度降低開關調節器的輸出紋波和瞬變十分重要，尤其是為高分辨率ADC之類噪聲敏感型器件供電時
，輸出紋波在ADC輸出頻譜上將表現為獨特的雜散。為避免降低信噪比（SNR）和無雜散動態範圍（SFDR）性能，開關調節器通常以低壓差調節器（LDO）代替，犧牲開關調節器的高效率，換取更幹淨的LDO輸出。了解這些偽像可讓設計人員成功將開關調節器集成到更多的高性能、噪聲敏感型應用中。

本(ben)文(wen)介(jie)紹(shao)測(ce)量(liang)開(kai)關(guan)調(tiao)節(jie)器(qi)中(zhong)的(de)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)和(he)開(kai)關(guan)瞬(shun)變(bian)的(de)有(you)效(xiao)方(fang)法(fa)。對(dui)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)的(de)測(ce)量(liang)要(yao)求(qiu)非(fei)常(chang)仔(zai)細(xi)
，因(yin)為(wei)糟(zao)糕(gao)的(de)設(she)置(zhi)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)讀(du)數(shu)錯(cuo)誤(wu)，示(shi)波(bo)器(qi)探(tan)針(zhen)信(xin)號(hao)和(he)接(jie)地(di)引(yin)線(xian)形(xing)成(cheng)的(de)環(huan)路(lu)會(hui)導(dao)致(zhi)產(chan)生(sheng)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)。這(zhe)樣(yang)會(hui)增(zeng)加(jia)與(yu)快(kuai)速(su)開(kai)關(guan)瞬(shun)變(bian)有(you)關(guan)的(de)瞬(shun)變(bian)幅(fu)度(du)，因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)保(bao)持(chi)較(jiao)短(duan)的(de)連(lian)接(jie)、有效的方法以及寬帶寬性能。此處，采用ADP2114雙通道2 A/單通道4 A同步降壓DC-DC轉換器，演示測量輸出紋波和開關噪聲的方法。這款降壓調節器具有高效率，開關頻率最高可達2 MHz。

輸出紋波和開關瞬變

輸shu出chu紋wen波bo和he開kai關guan瞬shun變bian取qu決jue於yu調tiao節jie器qi拓tuo撲pu以yi及ji外wai部bu元yuan器qi件jian的de數shu值zhi與yu特te性xing。輸shu出chu紋wen波bo是shi殘can餘yu交jiao流liu輸shu出chu電dian壓ya，與yu調tiao節jie器qi的de開kai關guan操cao作zuo密mi切qie相xiang關guan。其qi基ji頻pin與yu調tiao節jie器qi的de開kai關guan頻pin率lv相xiang同tong。開kai關guan瞬shun變bian是shi在zai開kai關guan轉zhuan換huan過guo程cheng中zhong發fa生sheng的de高gao頻pin振zhen蕩dang。它ta們men的de幅fu度du以yi最zui大da峰feng峰feng值zhi電dian壓ya表biao示shi，該gai值zhi很hen難nan精jing確que測ce量liang，因yin為wei它ta與yu測ce試shi設she置zhi高gao度du相xiang關guan。圖tu1顯示輸出紋波和開關瞬變示例。

輸出紋波考慮因素

調節器的電感和輸出電容是影響輸出紋波的主要元件。較小的電感會產生更快的瞬變響應，但代價是電流紋波更大；而較大的電感會讓電流紋波更小
，相應的代價就是瞬變響應較慢。采用低有效串聯電阻（ESR）的電容可最大程度減少輸出紋波。帶電介質X5R或X7R的陶瓷電容是一個不錯的選擇。通常使用大電容來降低輸出紋波
，但輸出電容的尺寸和個數卻是以犧牲成本和PCB麵積得來的。

頻域測量

duidianyuangongchengshieryan，celiangbuxuyaodeshuchuxinhaoshi
，kaolvpinlvyushifeichangyouyongde，tanengtigongyizhonggenghaodeshijiao
，lejieshuchuwenbojiqixieboweiyunaxielisanpinlv
，yijigeziduiyingnaxiebutongdegonglvshuiping。tu2顯示的是一個頻譜的例子。這類信息可幫助工程師確定所選開關調節器是否適合其寬帶RF或高速轉換器應用。

若要進行頻率域測量，可在輸出電容兩端連接一個50Ω同軸電纜探針。信號通過隔直電容，終止於頻譜分析儀輸入端的50Ω端接電阻。隔直電容可阻止直流電流穿過頻譜分析儀
，避免直流負載效應。50Ω傳輸環境可以最大限度減少高頻反射和駐波。

輸shu出chu電dian容rong是shi輸shu出chu紋wen波bo的de主zhu要yao來lai源yuan
，因yin此ci測ce量liang點dian應ying該gai盡jin可ke能neng靠kao近jin。從cong信xin號hao尖jian端duan到dao接jie地di點dian的de環huan路lu應ying該gai盡jin可ke能neng比bi較jiao小xiao，以yi便bian盡jin量liang減jian少shao可ke能neng影ying響xiang測ce量liang結jie果guo的de額e外wai電dian感gan。圖tu2顯示頻域的輸出紋波和諧波。ADP2114在指定工作條件下
，於基頻處產生4 mV p-p輸出紋波。

[page]
 
時域測量

采用示波器探針時，不用長接地引線可避免形成接地環路，因為信號尖端和長接地引線形成的環路會產生額外電感和較高的開關瞬變。

測量低電平輸出紋波時
，使用1×無源探針或50Ω同軸電纜，而非10×示波器探針，因為10×探針會使信號衰減10倍，從而使低電平信號降為示波器本底噪聲。圖3顯示的是次優探測方法。圖4顯示采用500MHz帶寬設置時的波形測量結果。高頻噪聲和瞬變屬於長接地引線形成的環路所造成的測量假信號
，並非開關調節器所固有。

有幾種方法可以減小雜散電感。一種方法是移除標準示波器探針的長接地引線，並將其管體連接至接地基準點。圖5顯示尖端和管體方法。然而，在本例中，尖端連接錯誤的調節器輸出點，而非直接連接輸出電容；正確方法應當是直接與輸出電容相連。接地引線已移除，但PCB上走線引起的電感仍然存在。圖6顯示采用500MHz帶寬設置時的波形結果。因為移除了長接地引線
，所以高頻噪聲有所降低。

[page]
 
如圖7所示，使用接地線圈在輸出電容上直接探測可以產生近乎最佳的輸出紋波。開關瞬變的噪聲情況有所改善，且PCB上的走線電感大幅下降。但是
，紋波上還是明顯疊加了低幅度信號輪廓，如圖8所示。

探測開關輸出的最佳方法

探測開關輸出的最佳方法是使用50Ω同軸電纜
，該電纜維持在50Ω環境下，並通過可選50Ωshiboqishuruzukangduanjie。zaitiaojieqishuchudianrongheshiboqishuruzhijianfangzhiyigedianrong，kezuzhizhiliudianliutongguo。dianlandelingyiduanketongguofeichangduandefeixianzhijiehanjiedaoshuchudianrongshang，rutu9和圖10所示。這樣可以在寬帶寬範圍內測量極低電平信號時保持信號完整性。圖11顯示500 MHz測量帶寬下
，用尖端和管體法與50Ω同軸法在輸出電容端進行探測的對比。

[page]  
這些方法對比顯示，50Ω環境下使用同軸電纜會產生更為精確的結果，此時噪聲較小
，即使采用500 MHz帶寬設置也是如此。將示波器帶寬改為20 MHz可消除高頻噪聲，如圖12所示。ADP2114在時域中產生3.9 mV p-p輸出紋波
，接近於采用20 MHz帶寬設置測得的頻域值4 mV p-p.

測量開關瞬變

開關瞬變的能量較低，但是頻率成分比輸出紋波高。這種情況會在開關轉換過程中發生，通常標準化為包含紋波的峰峰值。圖13顯示使用帶有長接地引線的標準示波器探針與使用50Ω同軸端接電纜（500 MHz帶寬）的開關瞬變測量結果對比。通常
，由長接地引線造成的接地環路會產生比預期更高的開關瞬變。


總結

設計與優化低噪聲、高性能轉換器的係統電源時
，輸出紋波和開關瞬變測量方法是非常重要的考慮因素。這些測量方法可實現精確
、可再現的時域和頻域結果。在較寬的頻率範圍內測量低電平信號時，維持50Ω的環境非常重要。進行這項測量的一種簡單的低成本方法是使用合理端接的50Ω同軸電纜。這種方法可用於各類開關調節器拓撲結構。

相關閱讀：

集成開關調節器：中等電源總線的理想選擇
大神支招：如何減小LED設計中的輸出波紋
選型不再難！開關電源的元器件你都造嗎?