電源紋波產生原因

我們常見的開關電源，是輸入的交流電壓經過整流、穩壓、濾波等處理后得到的，雖然經過了處理，但直流電平上還是會有周期性和隨機性的雜波信號，這些我們不需要的部分就是紋波。

開關電源的紋波是隨機信號，隨著時間變化在直流輸出電平上來回波動的交流量，周期和幅值不是固定的。

這里需要和電源噪聲相區別，電源噪聲一般是指全帶寬下輸出電壓上疊加的交流量。電源紋波是低頻噪聲，測量需要將帶寬限制在20MHz，而電源噪聲測量需要將帶寬限制取消，全帶寬測量。

為什么電源紋波是低頻？這是因為整個電源分配網絡上分布著不同容值的電容，產生著寄生效應，形成了類似于低通濾波器，所以電源的高頻分量不高。

電源紋波的危害

實際的產品運行中，紋波是需要我們注意管控的部分，那紋波有哪些危害：

①降低電源的使用效率

②干擾電路的邏輯關系

③加大設備的錯誤運行幾率

電源紋波的測量

既然紋波存在危害，那我們需要做什么測試，來保證紋波的影響符合產品設計要求。

測量要求

紋波測量有環境要求，除了我們常說的溫濕度，即室溫（20℃左右）和濕度（＜80%），還有測試產品放置時間（≥24H），震動和電磁干擾小等要求。不同的環境會測出不同結果，當然不同的產品有不同的標準。比如，產品是否需要做負載測試。消費類產品，不做負載測試，這是有區別的。

測量標準

電源紋波的測量方法通常分為兩類，一類是單獨電源的測量，另一類是產品的調試測量。紋波電壓可以用絕對量表示，也可用相對量來表示。常用的就是紋波系數，紋波電壓與直流輸出電壓的比例，就是紋波電壓的有效值與直流輸出電壓的百分比，來評估直流電源的濾波性能。一般測試紋波的標準是≤5%。

測量點的選擇

測量點選擇可以從下面的方向考慮：

①選取靠近負載且離電源源端較遠的去耦電容

②盡量選取封裝小的電容（0201）

③不同容值要保證有測試點

測量注意點

①帶寬選擇

在測量時，要先打開示波器的帶寬限制功能，把帶寬限制在20MHz，避免高頻噪聲影響紋波測量。用探頭的屏蔽地和輸出地連接，減少因地線過長產生的環路干擾。

在探頭的正負極之間，并聯一個0.1uF的電容，這也是限制帶寬的一種方法，用于濾除高頻信號。

②探頭接地處理

保證探頭接地盡量短。探頭都有一個接地夾，它與探頭正極形成的環路，環路面積越大，其他信號分量就越多，噪聲輻射到信號的回路中的可能性越大，導致錯誤的測試結果。

還有一種說法，如果板子上的高頻信號穿過，會在示波器上形成比噪聲信號還要大的電壓，因此測量紋波這種小信號時，一定要保證這個環路越小越好。

探頭測試紋波的時候，地線的處理都尤為關鍵，否則會通過地線引入不必要的噪聲。最好的縮短接地路徑的方法是用接地環。

③探頭的檔位選擇

探頭有X10和X1檔位，電源紋波測試選擇X1。這是因為如果使用10X探頭，信號在探頭先衰減10倍，進入示波器后再放大10倍。對于小信號而言，衰減10倍后，這部分信號很有可能就隱藏在底噪里面了。

示波器輸入信噪比計算公式：

假設我們輸入一個10mV隨機輸入信號，也可能是噪聲。這時候示波器的隨機噪聲是200uV，代入信噪比公式。

10X衰減探頭的SNR：

1X衰減探頭的SNR是：

由此可以看出，1X探頭能獲得更好的信噪比，也就更能準確還原低頻信號。

電源紋波的抑制

抑制電源紋波的通常方法：增加濾波電容、減小器件的寄生電容、采用多級濾波電路、合理布局布線等。

審核編輯：湯梓紅