示波器測量電源紋波&噪聲技術(shù)

　　在大學(xué)時(shí)代里，很多電子發(fā)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(wú)愧的性?xún)r(jià)比之王，多快好省!而當我們做的小制作出現故障時(shí)候，幾乎沒(méi)有人會(huì )把電源帶來(lái)的影響列入考慮范圍，因為大學(xué)時(shí)候制作的東西，大多數電路拓撲結構簡(jiǎn)單，信號頻率也不高，所以即使電源端有波動(dòng)，對后面的電路影響也不大。

　　今天的電子電路(比如電子測量?jì)x器、多媒體產(chǎn)品)的電平切換速度、信號復雜度比以前更高，同時(shí)芯片的封裝和信號幅值卻越來(lái)越小，對電源波動(dòng)更加敏感。因此，電路設計者們比以前會(huì )更關(guān)心電源端帶來(lái)的影響。

　　以我們ZDS2024示波器本身為例，內部的主電源為一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，主板上的電源分配網(wǎng)絡(luò )要把這個(gè)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(gè)芯片供電，同時(shí)我們的風(fēng)扇也是隨時(shí)溫度動(dòng)態(tài)的在變化。CPU、IC和風(fēng)扇用電量很大，而且是動(dòng)態(tài)耗電的，瞬時(shí)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小)，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(lái)調整垂直量程。設置衰減以后示波器本身的噪聲會(huì )被放大。因此，測量噪聲時(shí)應盡可能使用示波器最靈敏的量程檔。但是示波器在最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(jìn)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(huì )被放大。

　　探頭帶來(lái)的噪聲是在在衰減器前面耦合進(jìn)來(lái)的，因此無(wú)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(huì )帶來(lái)額外的噪聲，一個(gè)典型的例子就是使用長(cháng)地線(xiàn)。為了方便測試，示波器的的無(wú)源探頭通常會(huì )使用10cm左右的鱷魚(yú)夾形式的長(cháng)地線(xiàn)，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(kāi)關(guān)電源的場(chǎng)合。由于開(kāi)關(guān)電源的切換會(huì )在空間產(chǎn)生大量的電磁輻射，而示波器探頭的長(cháng)地線(xiàn)又恰恰相當于一個(gè)天線(xiàn)，所以會(huì )從空間把大的電磁干擾引入測量電路。一個(gè)簡(jiǎn)單的驗證方法就是把地線(xiàn)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(kāi)關(guān)噪聲。因此測量過(guò)程中應該使用盡可能短的地線(xiàn)。

　　現在很多被測件要求測量出峰峰值為幾毫伏的紋波。這時(shí)候最好用同軸電纜來(lái)進(jìn)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(lái)說(shuō)，負載影響很小，測試精度非常高。

　　圖 同軸電纜

　　最后要注意的一點(diǎn)是，通常電源測試都規定了某個(gè)頻率范圍內的紋波和噪聲，比如20MHz以?xún)鹊?，而一般示波器的帶寬都大于這個(gè)要求，因此測試時(shí)可以打開(kāi)示波器的帶寬限制功能，這對于減小高頻噪聲也會(huì )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(diǎn)：

　　盡量使用自制的電源測試探頭

　　盡量使用示波器最靈敏的量程檔;

　　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(xiàn)盡量短;

　　根據需要使用帶寬限制功能。