【干货】电源电压纹波测试之打狗棒法和理论秘笈

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测试板收到了，为啥纹波这么大?
有多大？发个图来看下!

芯朋老司机小M：
这个。。。是有点大，不过，有点不对啊！
带宽设置有问题，要20MHz限制啊，下面这个圈起来的位置，您限制带宽，再看看区别。

测完了，真的降了好多！

示波器带宽20MHz，输出电压纹波376mV

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武功秘笈之划重点：带宽选择

我们先了解什么是示波器带宽：输入信号衰减 3 dB 所在的最低频率称为示波器的带宽。


从示波器带宽的定义和上图可以看出， 在示波器设置带宽之外的信号，是急剧衰减的 。这个可以回答“设置20MHz带宽限制后，测试纹波明显下降”这个现象， 20MHz后的信号迅速衰减，所以测试到的信号幅度下降；
示波器中的“20MHz带宽限制”这个选项，是不是满足我们的测试需求？理解测试带宽的选择，我们还需要介绍一个原理： 奈奎斯特采样定理：
在进行模拟/数字信号的转换过程中， 当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>2fmax)，采样之后的数字信号才能完整地保留了原始信号中的信息 ；
实际应用中考虑到示波器抗混叠滤波器设计指标，在模拟应用中一般取采样频率为信号最高频率的3～5倍时，才能获得完整的原始信号信息。
一般AC-DC的开关频率都在200KHz以内，DC-DC在3MHz以内，频率都不高； 但开关电源中，开关电源中信号变化最快的是开关管的上升时间，而非开关频率，所以开关电源纹波测量的带宽取决于开关管的上升时间，对于泰克高频示波器，其上升时间Tr=0.35/BW(MHz)，所以，20MHz带宽对应的上升时间是17.5nS；而对于大多数开关管，其上升时间都在100nS的级别，所以这种情况下20MHz是满足5倍被测量信号最高频率的；

小结： 信噪比足够大+满足信号测量精度都满足的前提下，选择的带宽才是合适的，20MHz就是大多数情况下开关电源纹波信噪比的最佳选择点 （之所以是大多数情况，是因为有特殊情况，比如测试采用新型coolmos作为功率器件的电源时，20MHz就显得小了，需要扩展到300MHz以上）。

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敬请期待...

打狗棒法第2式:武功秘笈之划重点: 探头的选择
打狗棒法第3式:武功秘笈之划重点测量位置和接地方式的选择
打狗棒法第4式:武功秘笈之划重点输出端并联瓷片电容和电解电容

谢谢楼主的分享

评论多就上：打狗棒法第2式 ~~

继续期待楼主分享

谢谢楼主，学习了

谢谢楼主，学习了

谢谢楼主的分享

打狗棒法第二式

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芯朋老司机小M
嗯，现在是376mV了，不过还是有点大，麻烦把示波器型号和探头拍个照片给在下看看！

攻城狮小A
示波器型号Tektronix MDO3014 100MHz2.5GS/S

示波器探棒：无源探头衰减比10:1
芯朋老司机小M
额，探头比例也有点问题，请拨到“1X”档！
攻城狮小A
我试试看！
攻城狮小A
果然，从372mV降到272mV了，真神奇。。。



武功秘笈之划重点:探头的选择
示波器的输入阻抗和探头的阻抗构成了一条衰减器电路，示波器会自动检测探头的衰减比并重新调整示波器的垂直量程设置，以反应出探头的衰减。

需要特别注意的是：信号被衰减,但噪声不会被衰减；示波器内软件将衰减的信号放大N倍（N为探头衰减比）,同时噪声也放大N倍。
举例：假设示波器底噪是2mV，我们要测试一个实际为50mV的纹波。
采用1：1的探头，测试到的纹波就是2mV（底噪放大一倍）+50mV（实际）=52mV；
采用10：1的探头，测试到的纹波就是2mV*10（底噪放大10倍）+50mV（实际）=70mV；
采用100:1的探头，测试到的纹波就是2mV*100（底噪放大100倍）+50mV（实际）=250mV；

可以看出，采用100：1的探头测试50mV级别的纹波，结果已经是严重偏离实际情况了。

谢谢楼主，学习了

打狗棒法第3式:武功秘笈之划重点测量位置和接地方式的选择

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芯朋老司机小M
应该还可以往下挖潜力，您再把测试的全图拍个照来！
攻城狮小A

芯朋老司机小M
我们继续，把示波器的探头夹到线路板上的输出端，把接地环换掉地线端子！
攻城狮小A
接地环得找找，我先换到板端看看！
攻城狮小A
果然，又降了！神奇！

攻城狮小A
还能继续吗？
芯朋老司机小M
能，换接地环！
攻城狮小A
我去找，等会儿~
攻城狮小A
是这样吧？

芯朋老司机小M
是的，效果怎么样？
攻城狮小A
192mV，200mV以内了，老司机可以啊



武功秘笈之划重点
测量位置和接地方式的选择


开关电源中，随着开关管的动作，会通过电磁干扰产生辐射，而这部分辐射就会被接地夹线与探头形成的线圈给接收到，这部分信号对测量的干扰是不能忽略的，如下图所示。

减小测试回路面积可以有效改善测试质量，这就是采用测试端直接接在线路板上和测试接头采用接地弹簧（接地环）后测试纹波可以下降的原因。

第4式要不要上呢？请回复

学习学习了，谢谢楼主

打狗棒法第四式

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芯朋老司机小M




攻城狮小A
那我得试一下，这样吧？

芯朋老司机小M
是滴！
攻城狮小A
只有104mV！ 牛了！

芯朋老司机小M
是的，您看，测试方法对纹波的影响是非常大的！


攻城狮小A
嗯，还得多学习啊，这次谢谢了


芯朋老司机小M
共同进步~


武功秘笈之划重点
输出端并联瓷片电容和电解电容
主要是滤除开关噪声及高频干扰，避免噪声与真正的纹波叠加在一起，干扰测试结果真实性。

大总结

我们回顾下攻城狮小A和芯朋老司机小M关于220V输入，PN8034C 12V0.3A输出的测试过程和结果：

同一电源只要通过以下5点调整测试方法，输出电压纹波即可得到改善：

• 示波器宽带限制20MHZ；
• 示波器探头位置在电源板端（针对家电或者工业控制等控制板，适配器测试应该是放在输出线端）；
• 示波器探头衰减比尽量选择 1:1，没有1:1探头的条件下用10:1；
• 示波器探头地线使用接地环（如果没有接地环，可以将地线缠绕在探头正级上）；
• 输出端并联100nF/50V ，10uF/50V（按实际输出电压选择）。
  

感谢楼主分享！

谢谢楼主的分享~

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学习学习了，辛苦楼主讲解了

谢谢分享学习学习