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某用戶在用500MHz帶寬的示波器對其開關電源輸出5V信號的紋波進行測試時，發現紋波和噪聲的峰峰值達到了900多mV（如下圖所示），而其開關電源標稱的紋波的峰峰值<20mv。雖然用戶電路板上后級還有LDO對開關電源的這個輸出再進行穩壓，但用戶認為測得的這個結果過大，不太可信，希望找出問題所在。

問題分析：電源紋波測試過大的問題通常和使用的探頭以及前端的連接方式有關。首先檢查了用戶探頭的連接方式，發現其使用的是如下面左圖所示的長的鱷魚夾地線，而且接地點夾在了單板的固定螺釘上，整個地環路比較大。由于大的地環路會引入更多的開關電源造成的空間電磁輻射噪聲以及地環路噪聲，于是更換成如下面右圖所示的短的接地彈簧針。

經過實際測試，發現測得的紋波噪聲的峰峰值有很大改善，如下圖所示。但紋波噪聲的峰峰值仍然有40多mV，和開關電源廠商標稱的<20mV仍有較大差異。

進一步檢查用戶使用的探頭的型號，發現用戶使用的是示波器標配的10:1的無源探頭。如下圖所示：

10:1的探頭會把被測信號衰減10倍再送入示波器，然后示波器再對被測信號進行10倍的數學放大。這種探頭的好處是通過前面的匹配電路提升了探頭帶寬可以到幾百MHz，而且擴展了示波器的量程，但是對于小信號的測量不是特別有利。如果被測信號幅度本身就小，再衰減10倍可能就淹沒在示波器的底噪聲里了，即使再做10倍的數學放大，對于信噪比本身也是沒有改善的。

所以對于電源紋波噪聲的測量應該盡量使用小衰減比的探頭，比如1:1的探頭。于是另外找了一個1:1無源探頭，這種1:1的無源探頭雖然帶寬不高（通常幾十MHz），但衰減比小，對于小信號測試非常合適。

下圖是換用1:1的無源探頭后，和10:1 探頭在不同帶寬限制下的對比測試結果。可以看到，使用1:1探頭并設置20MHz帶寬限制后，測量到的紋波噪聲的峰峰值只有不到10mV，遠遠好過10:1探頭的測試結果。

從1:1探頭的測試結果里可以看到清晰的紋波的波形，并且滿足用戶對于電源紋波噪聲<20mV的預期。另外，我們也可以看到，帶寬限制對于噪聲峰峰值也有一定的改善作用。

問題總結：這是一個典型的電源紋波測試的問題。我們通過使用短的地線連接、換用低衰減比的探頭以及帶寬限制功能使得紋波噪聲的測試結果大大改善。

一般來說，影響電源紋波測試結果的影響因素按照重要性主要有以下幾個：

①前端連接線和地環路的長度

②探頭的衰減比

③帶寬限制

④測量量程

⑤輸入阻抗

在進行實際測試之前，一個比較好的習慣是先檢查一下當前使用的設備和設置下的系統的底噪。

如果手頭實在沒有合適的低衰減比的探頭，也可以參考下圖用50歐姆的同軸電纜用如下方式自制一個探頭。實際上就是把電纜的一頭接在示波器上，示波器設置為50歐姆輸入阻抗；電纜的另一頭剝開，屏蔽層焊接在被測電路地上，中心導體通過一個隔直電容連接被測的電源信號。這種方法的優點是低成本，低衰減比，缺點是一致性不好，隔直電容參數及帶寬不好控制。

編輯：黃飛

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