电源纹波测试，这是我见过最正确的手法
发布日期:2024-06-04
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错误测试方法
一个新手工程师可能会用如下错误方式测试输出纹波，并得到以下结果。
图1 错误示例
图2 (CH1输出纹波 CH4输出电流)
这种测试方式的错误之处在于，直接使用了示波器探头的长接地引线。这使得信号端和引线形成了较大的环路，从而会引入额外的电感，并在开关转换过程中产生严重的振铃。如图中的大幅度瞬变并不是开关稳压器的实际输出纹波，只是一种测量假象。
图3 (CH1输出纹波 CH4输出电流)
相较图2，图3是在相同测试方法下开启了示波器的带宽限制测得的结果，这样也只能抑制带宽之外的瞬变，测得的依然并非是实际的纹波状态。
改善测试纹波
为了减小杂散电感，常见的方法是拆除标准示波器探头的长接地引线，将其管体连接至接地基准点，使整个探测环路最小化。我们可以通过使用ECB 到探头尖端适配器(图4)或者线圈来实现。一个常见的直插电阻就能方便地被DIY成一个线圈(图5)。
图4 使用ECB到探头尖端适配器 图5 错误示例
下图是使用上述方式测得的输出纹波波形。相较于图3的波形，高频的瞬变已得到了明显的改善。
图6 (CH1输出纹波 CH4输出电流)
但这仍然不是真正的开关稳压器的输出纹波。这是因为示波器的探测尖端测量的是EVB板的输出，其到开关稳压器的输出之间的走线存在着寄生电感。
为了测量开关稳压器真正的输出纹波，我们建议改为直接在输出电容上进行探测，如图7所示。
图7 正确示范操作
下图为使用该方法测得的输出纹波波形。
图8(CH1输出纹波 CH4输出电流)
正确操作示范
对于只需要关心输出纹波峰峰值大小的应用，图8的结果已经足够了。但是若想要了解更多纹波的细节，那么图8的波形则尚嫌不足。
这是因为我们使用的是常见的X10倍示波器探头，真实的信号会先经过1/10分压进入示波器进行采样。在输入纹波很小，并且经过1/10分压后，其与示波器的本底噪声相近，所以图8的波形上实际叠加了很多示波器的本底噪声。
因此，我们建议使用1倍无源探头或使用同轴电缆，如图9 所示。
图9 推荐示例
采用同轴电缆测得的开关稳压器的输出纹波波形如图11所示，我们除了能更准确地测得输出纹波的峰峰值之外，还能看到更多细节，诸如因为输出电容ESL导致的纹波瞬变。这些细节能可以更好地协助工程师进行下一步的设计。
图10 CH1同轴电缆与CH2 10X探头的测试对比
图10 CH1同轴电缆与CH2 10X探头的测试对比
图11 使用同轴电缆测得开关稳压器的输出纹波
让我们来简单做一个小结，开关稳压器输出纹波的测量方法过程可以概括如下：
1. 使用示波器的带宽限制功能；
2. 使用ECB到探头尖端适配器或者线圈的方式进行最小环路接地；
3. 直接测量稳压器输出电容两端的信号；
4. 推荐使用1倍探头或同轴电缆进行测量。
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