如何用示波器准确地测量电源纹波？

2016-11-01 22:51 | 海洋仪器
测量电源纹波本身有一定技巧性。下图1给出了一个不正确使用示波器测量电源纹波的实例。在这个例子中出现了以下几个错误：一是使用了接地线很长的示波器探头；二是让由探头针和接地线形成的回路靠近功率变压器和开关元件；三是在示波器探针和输出电容之间形成额外的电感。这样的结果带来的问题是在测得的纹波波形中含有拾取的高频成分。     图1不正确使用示波器测量电源纹波的实例 在电源中有许多信号很容易耦合到探针中的高速、大电压和电流信号波形，其中包括来自功率变压器的磁场耦合、来自开关节点的电场耦合、以及由变压器交绕(interwinding)电容产生的共模电流。 采用正确的测量技术可切实改善纹波测量的结果。首先，通常会规定纹波的带宽上限，以避免拾取超出纹波带宽上限的高频噪声，应该给用于测量的示波器设定合适的带宽上限（示波器功能为带宽限制）。其次，可以通过摘掉探针的“帽子”（简称探头帽）来去掉接地长引线形成的天线效应。采用有的示波器探头配置的“接地弹簧”（见图2），或者如图3所示，我们把一段短线绕在探针接地引线周围，并使之与电源地相连接。这样做附带的好处是缩短暴露在电源附近高强度电磁辐射中的探针长度，从而进一步减少高频拾取。                 图2  示波器探头接地弹簧         图3 一段短线绕在探针接地引线周围 最后，在隔离电源中，真正的共模电流是由在示波器探头接地引线中流动的电流产生的，这就使得在电源地和示波器地之间产生电压降，表现为纹波杂散。要抑制这个纹波杂散，需要在电源设计中仔细考虑共模滤波问题。 此外，把示波器引线绕在铁芯上可减小这个电流，因为这样会形成一个不影响差分电压测量、但可降低由共模电流产生的测量误差的共模电感。图4显示了采用改进测量技术对同一电路得到的纹波电压测量结果。可以看到，高频尖刺杂散干扰已几乎消除。   图4 正确使用示波器测量电源纹波的实例 事实上，当电源集成到系统中之后，电源纹波性能甚至会更好。在电源和系统其它部分之间几乎总会存在一定量的电感。电感可能是由导线或在印刷线路板上的蚀刻线形成的，而在芯片附近总会有作为电源负载的附加旁路电容，这两者形成低通滤波效应并进一步降低电源纹波和/或高频噪声。  举一个极端的例子，由电感量为15nH的长25.4mm的短线和电容量10μF的旁路电容构成的滤波器，其截止频率为400kHz。该实例意味着能大幅减少高频噪声。该滤波器的截止频率比电源纹波频率低很多倍，可以切实降低纹波。聪明的工程师应该在测试过程中设法利用它。