DC/DC模块的电源纹波和噪声的测量方案

测量DC/DC电源的纹波和噪声没有一个行业标准。不同厂家的测试环境以及测试标准都不太一样，导致很多人很迷惑。接下来PRBTEK给大家分享一随着开关频率和开关速度不断的提升，在使用开关型的DC/DC电源的时候，要特别关注输入输出电源的纹波。个简单可靠的电源纹波的测试方法。

1、无源探头DC耦合测试

使用无源探头DC耦合测试，示波器内部设置为DC耦合，耦合阻抗为1Mohm，此时无源探头的地线接主板地，信号线接待测电源信号。这种测量方法可以测到除DC以外的电源噪声纹波。

如下图所示，当采用普通的鳄鱼夹探头时，由于地和待测信号之间的环路太大，而探头探测点靠近高速运行的IC芯片，近场辐射较大，会有很多EMI噪声辐射到探头回路中，使测试的数据不准确。为了改善这种情况，推荐用无源探头测试纹波时，使用图中的探头，将地信号缠绕在信号引脚上，相当于在地和信号之间存在一个环路电感，对高频信号相当于高阻，有效抑制由于辐射产生的高频噪声。更多时候，建议测试者采用第三种测试方法，将一个漆包线绕在探头上，然后将漆包线的焊接到主板地网络上，移动探头去测试每一路电源纹波噪声。同时无源探头要求尽量采用1:1的探头，杜绝使用1:10的探头。

无源探头地线两种处理方法：

对于示波器，若垂直刻度为xV/div，示波器垂直方向为10div，满量程为10xV，示波器采样AD为8位，则量化误差为10x/256 V。例如一个1V电源，噪声纹波为50mV，如果要显示这个信号，需要设置垂直刻度为200mV/div，此时量化误差为7.8mV，如果把直流1V通过offset去掉，只显示纹波噪声信号，垂直刻度设置为10mV即可，此时的量化误差为0.4mV。

使用无源探头DC耦合测试，示波器设置如下：

(1)1Mohm端接匹配;(2)DC耦合;(3)全带宽;(4)offset设置为电源电压;

2、无源探头AC耦合测试

使用无源探头DC耦合需要设置offset，对于电源电压不稳定的情况，offset设置不合理，会导致屏幕上显示的信号超出量程，此时选择AC耦合，使用内置的搁置电路来滤去直流分量。

3、 同轴线外部隔直电容DC50欧耦合测试

由于无源探头的带宽较低，而电源开关噪声一般都在百MHz以上，同时电源内阻一般在几百毫欧以内，选择高阻1Mohm的无源探头对于高频会产生反射现象，因此可以选择用同轴线来代替无源探头，此时示波器端接阻抗设置为50欧，与同轴线阻抗相匹配，根据传输线理论，电源噪声没有反射，此时认为测量结果最准确。

利用同轴线的测量方法，最准确的是采用DC50欧，但是大部分示波器在DC50欧时offset最大电压为1V，无法满足大部分电源的测量要求，而示波器内部端接阻抗为50欧时，不支持AC耦合，因此需要外置一个AC电容，如下图所示，当串联电容值为10uF时，根据表1可以看到，此时可以准确测试到2KHz以上的纹波噪声信号。

4、同轴线AC1M欧耦合测试

由于从PMU出来的电源纹波噪声大多集中在1MHz以内，如果采用同轴线DC50外置隔直电容测量方法，低频噪声分量损失较为严重，因此改用下图所示的测量方法，利用同轴线传输信号，示波器设置为AC1M，这样虽然存在反射，但是反射信号经过较长CABLE线折返传输后，影响是有限的，示波器在R2上采集电压值可以认为仍然可以被参考。

同轴线AC1M测量图

为了避免反射，在同轴线接到示波器的接口处端接一个50ohm电阻，使示波器输入阻抗和cable线特征阻抗匹配。

同轴线AC1M测量改进图

5、差分探头外置电容DC耦合测试

由于示波器的探头地和机壳地通过一个小电容接在一起，而示波器的机壳地又通过三角插头和大地接在一起，在实验室里，几乎所有的设备地都和大地接在一起，示波器内部地线接法如下图所示，因此上面介绍的两种方法都无法解决地干扰问题，为了解决这个问题，需要引入浮地示波器或者差分探头。

示波器内部地线接法

由于差分探头为有源探头，外置差动放大器，可以将待测信号通过差分方式接入，使示波器的地和待测件地隔离开，达到浮地效果。但是差分探头在示波器内部只能DC50欧耦合，而offset最大一般不超过1V，因此需要在差分探头上串联隔直电容。使用差分探头测量时关键是探头的CMRR要足够大，这样才能有效抑制共模噪声。

下面总结一下正确的测量DC/DC开关电源纹波和噪音的方法。

1) 限制示波器带宽为20MHz(大多中低端示波器档位限制在20MHz，高端产品还有200MHz带宽限制的选择)，目的是避免数字电路的高频噪声影响纹波测量，尽量保证测量的准确性。

2) 设置耦合方式为交流耦合，方便测量(以更小档位来仔细观测纹波，不关心直流电平)。

3)保证探头接地尽量短(测量纹波动辄上百mV的主要原因就是接地线太长)，尽量使用探头自带的原装测试短针。如果没有测试短针，可以拆除探头的接地线和外壳，露出探头地壳，自制接地线缠绕在探头地壳上，保证接地线长度小于1cm。

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审核编辑：汤梓红