示波器測量電源紋波&噪聲技術

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樓主 2020-10-24 11:31:29
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變頻器

  在大學時代里,很多電子發燒友都喜歡做一些小的電子制作,至于電路板上的供電方法,7805、7812是當之無愧的性價比,多快好??!而當我們做的小制作出現故障時候,幾乎沒有人會把電源帶來的影響列入考慮范圍,因為大學時候制作的東西,大多數電路拓撲結構簡單,信號頻率也不高,所以即使電源端有波動,對后面的電路影響也不大。
  今天的電子電路(比如電子測量儀器、多媒體產品)的電平切換速度、信號復雜度比以前更高,同時芯片的封裝和信號幅值卻越來越小,對電源波動更加敏感。因此,電路設計者們比以前會更關心電源端帶來的影響。
  以我們ZDS2024示波器本身為例,內部的主電源為一個開關電源,主板上的電源分配網絡要把這個直流電源變成各種電壓的直流電源(如:+-5V, +3.3V, +12V等等),給CPU以及各個芯片供電,同時我們的風扇也是隨時溫度動態的在變化。CPU、IC和風扇用電量很大,而且是動態耗電的,瞬時電流可能很大,也可能很小,但是電壓必須平穩(即紋波和噪聲必須較?。?,以保持CPU和IC的正常工作。這都對電源的平穩性提出了很高的要求。
  所有的數字示波器都使用衰減器和放大器來調整垂直量程。設置衰減以后示波器本身的噪聲會被放大。因此,測量噪聲時應盡可能使用示波器靈敏的量程檔。但是示波器在靈敏檔下通常不具有足夠的偏置范圍可以把被測直流電壓拉到示波器屏幕中心范圍進行測試,因此通常需要利用示波器的AC耦合功能把直流成分濾掉只測量AC成分。
  基于同樣的原因,在電源測量中也應該盡量使用1:1的探頭而不是示波器標配的10:1的探頭。否則示波器的噪聲也會被放大。
  探頭帶來的噪聲是在在衰減器前面耦合進來的,因此無論衰減比設置多少,探頭貢獻的噪聲都是一定的。但是,在某些不正確的使用方法下,探頭可能會帶來額外的噪聲,一個典型的例子就是使用長地線。為了方便測試,示波器的的無源探頭通常會使用10cm左右的鱷魚夾形式的長地線,但是這對于電源紋波的測試卻是不適用的,特別是板上存在開關電源的場合。由于開關電源的切換會在空間產生大量的電磁輻射,而示波器探頭的長地線又恰恰相當于一個天線,所以會從空間把大的電磁干擾引入測量電路。一個簡單的驗證方法就是把地線和探頭前端接在一起,靠近被測電路(不直接接觸)就可能在示波器上看到比較大的開關噪聲。因此測量過程中應該使用盡可能短的地線。
  現在很多被測件要求測量出峰峰值為幾毫伏的紋波。這時候用同軸電纜來進行測量,雖然同軸電纜的阻抗只有50歐姆,但是對于毫偶級別的被測電源來說,負載影響很小,測試非常高。

圖 同軸電纜


  要注意的一點是,通常電源測試都規定了某個頻率范圍內的紋波和噪聲,比如20MHz以內的,而一般示波器的帶寬都大于這個要求,因此測試時可以打開示波器的帶寬限制功能,這對于減小高頻噪聲也會有比較好的效果。
  小結一下,對于電源紋波噪聲的測試,通常需要注意以下幾點:
  ·盡量使用自制的電源測試探頭
  ·盡量使用示波器靈敏的量程檔;
  ·盡量使用AC耦合功能;
  ·盡量使用小衰減比的探頭;
  ·探頭的接地線盡量短;
  ·根據需要使用帶寬限制功能。

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