电源纹波测试整理-benxia

电源测试之精确测量电源纹波精确地测量电源纹波本身就是一门艺术。在图1所示的示例中，一名初级工程师完全错误地使用了一台示波器。他的第一个错误是使用了一支带长接地引线的示波器探针；他的第二个错误是将探针形成的环路和接地引线均置于电源变压器和开关元件附近；他的最后一个错误是允许示波器探针和输出电容之间存在多余电感。该问题在纹波波形中表现为高频拾取。在电源中，存在大量可以很轻松地与探针耦合的高速、大信号电压和电流波形，其中包括耦合自电源变压器的磁场，耦合自开关节点的电场，以及由变压器互绕电容产生的共模电流。图1错误的纹波测量得到的较差的测量结果。利用正确的测量方法可以大大地改善测得纹波结果。首先，通常使用带宽限制来规定纹波，以防止拾取并非真正存在的高频噪声。我们应该为用于测量的示波器设定正确的带宽限制。其次，通过取掉探针“帽”，并构成一个拾波器（如图2所示），我们可以消除由长接地引线形成的天线。将一小段线缠绕在探针接地连接点周围，并将该接地连接至电源。这样做可以缩短暴露于电源附近高电磁辐射的端头长度，从而进一步减少拾波。最后，在隔离电源中，会产生大量流经探针接地连接点的共模电流。这就在电源接地连接点和示波器接地连接点之间形成了压降，从而表现为纹波。要防止这一问题的出现，我们就需要特别注意电源设计的共模滤波。另外，将示波器引线缠绕在铁氧体磁心周围也有助于最小化这种电流。这样就形成了一个共模电感器，其在不影响差分电压测量的同时，还减少了共模电流引起的测量误差。图2显示了该完全相同电路的纹波电压，其使用了改进的测量方法。这样，高频峰值就被真正地消除了。图2四个轻微的改动便极大地改善了测量结果。实际上，集成到系统中以后，电源纹波性能甚至会更好。在电源和系统其他组件之间几乎总是会存在一些电感。这种电感可能存在于布线中，抑或只有蚀刻存在于PWB上。另外，在芯片周围总是会存在额外的旁路电容，它们就是电源的负载。这二者共同构成一个低通滤波器，进一步降低了电源纹波和/或高频噪声。在极端情况下，电流短时流经15NH电感和10F旁路电容的一英寸导体时，该滤波器的截止频率为400KHZ。这种情况下，就意味着高频噪声将会得到极大降低。许多情况下，该滤波器的截止频率会在电源纹波频率以下，从而有可能大大降低纹波。经验丰富的工程师应该能够找到在其测试过程中如何运用这种方法的途径。理想状态时，电源输出的直流电压应为一固定值，但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，或多或少会有剩余的交流成分，这种包含周期性与随机性成分的杂波信号我们称之为纹波。较大的纹波会影响CPU与GPU正常工作，这个数值越小越好。其实，我们完全可以把电源的纹波图案和声音的波谱联系到一起。当声音震动频率十分高时，往往会出现声音波谱杂乱甚至高低偏离十分明显的情况。这和电源纹波中的表现情况是相对一样的。INTELATX12V231对电源纹波的规定PBZONE输出纹波测试设定电源每路输出负载的纹波值与该路的电流值有很大关系，一般电源在轻载下纹波是绝不会超标的，所以我们记录三种状态下的纹波100负载、12V联合输出满载、33V输出满载，5V输出满载。在测试三路输出满载时，我们把其中一路按照铭牌标称满载，另外两路的电流均设定为2A。12V纹波记录截图纹波测试结果其实不难看懂，上面两张图分别是高频与低频的截图，两种纹波值相加即为最终结果。请大家单击一张图放大，会发现图的最下面一行有两个数值，纵向分度值200MV，和横向分度值100US。我们只需要关注MV这个数值，200MV代表Y轴网格每一格等于20MV，第一张图的波峰与波谷相隔大致一个网格，就意味着100US的高频纹波峰峰值大约是20MV120MV。此外还要注意代表低频的100MS，即右图，右图中除去毛刺后的高频纹波峰峰值大约是1个网格即200MV。高频与低频相加即为该路输出的纹波值，两者相加为40MV,远远小于INTEL规定的120MV，所以测试结果可以说非常优秀。电源纹波测试方法A电压信号测量法一般恒压源或者纹波要求不高的恒流源；对于恒压源，直接用示波器测量输出到负载上面的电压信号；对于恒流源，直接测量采样电阻两端的电压波形（亦或是输出接一负载电阻，测量此电阻两端的电压信号）；B电流信号测量法纹波要求较高的恒流源；直接使用电流探头测量输出电流信号；电源纹波噪声测试中需要注意的一些问题做一下总结由于电源噪声带宽很宽，所以很多人会选择示波器做电源噪声测量。但是不能忽略的是，实时宽带数字示波器以及其探头都有其固有的噪声。如果要测量的噪声与示波器和探头的噪声在相同数量级，那么要进行精确测量将是非常困难的一件事情。示波器的主要噪声来源于个方面示波器本身的噪声和探头的噪声。所有的实时示波器都实用衰减器来调整垂直量程。设置衰减以后示波器本身的噪声会被放大。比如，当不用衰减器时，示波器的基本量程是/格，假设此时示波器此时的底噪声是。当把量程改成/格时，示波器会在输入电路中增加一个的衰减器。为了显示正确的压信号，示波器最后显示时会把信号再放大倍显示。因此此时示波器的底噪声看起来就有了。因此，测量噪声时应尽可能使用示波器最灵敏的量程档。但是示波器在最灵敏档下通常不具有足够的偏置范围可以把被测直流压拉到示波器屏幕中心范围进行测试，因此通常需要利用示波器的耦合功能把直流平滤掉只测量成分。基于同样的原因，在电源测量中也应该尽量使用的探头而不是示波器标配的的探头。否则示波器的噪声也会被放大。探头带来的噪声是在在衰减器前面耦合进来的，因此无论衰减比设置多少，探头贡献的噪声都是一定的。但是，在某些不正确的使用方法下，探头可能会带来额外的噪声，一个典型的例子就是使用长地线。为了方便测试，示波器的的无源探头通常会使用左右的鳄鱼夹形式的长地线，但是这对于源纹波的测试却是不适用的，特别是板上存在开关电源的场合。由于开关源的切换会在空间产生大量的磁辐射，而示波器探头的长地线又恰恰相当于一个天线，所以会从空间把大的磁干扰引入测量电路。一个简单的验方法就是把地线和探头前端接在一起，靠近被测电路（不直接接触）就可能在示波器上看到比较大的开关噪声。因此测量过程中应该使用尽可能短的地线。为了减小开关噪声的影响，另一种比较好的办法是使用差分探头，通常差分探头相比单端探头会有更高的共模抑制比，对于抑制共模噪声会有比较好的效果。最后要注意的一点是，通常电源测试都规定了某个频率范围内的纹波和噪声，比如以内的，而一般示波器的带宽都大于这个要求，因此测试时可以打开示波器的带宽限制功能，这对于减小高频