如何测量电源纹波?

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今天聊一聊如何测量电源的纹波。

1 纹波的测量点要求

纹波测量点要选择靠近负载的地方,例如CPU的供电管脚上的去耦电容上。

如何测量电源纹波?

PDN是一个网络,主板上一个电源平面的不同的地方纹波是不一样的,建议选择最远,负载最大,环境最恶劣的地方。

如果一个电源网络同时给多个耗电大的IC供电,这几个大的IC电源管脚都需要测试纹波水平。

2 示波器要求

电源走线上有很多电容,寄生参数,形成了一个类似的低通滤波器,电源上包含的频率分量并不高,最多数十兆赫兹。

如何测量电源纹波?

DC-DC电源的开关频率也只有几兆赫兹。如果只是想测量纹波水平,不考虑主板上的高频信号耦合到电源线上的噪声,只需要选择低带宽的示波器。

示波器上都有一个带宽抑制功能,可以把示波器带宽抑制到20MHz,在测量纹波时,要打开这个功能。

仪器的垂直刻度放的越大(每一格代表的电压越小),仪器的灵敏度越高,噪声性能越好。测量时应把信号放满屏幕,获得最高的仪器分辨率。

此外,还可以使用示波器的高分辨率模式High Res等。

3 探头要求

可以选用低带宽的探头。淘宝和电子市场买到的低端探头只有20MHz带宽,完全够用了。

但是切记一定更要选择有X1档位的探头。因为如果使用10X探头,信号在探头先衰减10倍,进入示波器后再放大10倍。对于小信号而言,衰减10倍后,这部分信号很有可能就隐藏在底噪里面了。下面是泰克示波器的专业解释:

示波器输入的信噪比计算公式如下:

例如如果我们选择一个10mV(这是一个10mV的噪声,但这个时候我们把它当做信号)输入,随机噪声是200uV(这个指标是示波器产品技术资料上的随机噪声,是示波器内部电路的噪声,一般用Vrms表示),那么10x探头的SNR是:

1X衰减探头的SNR是:

因此1X探头能获得更好的信噪比,能得更准确的还原小信号。所以测量小信号一定要用1X探头,而且要注意1X探头的带宽。

也有一些人,建议在探头的正负极之间,并联一个0.1uF的电容,用于滤除高频信号,其实这也是限制带宽的一种方法,而且限制的带宽很低,我觉得没有特别的必要。

4 探头接地要求

探头都有一个接地夹,它与探头正极形成的环路,如果板子上的高频信号穿过,会在示波器上形成比噪声信号还要大的电压,因此测量纹波这种小信号时,一定要保证这个环路越小越好。

最好的缩短接地路径的方法是用接地环,淘宝可以买到。

5 专业测试方法

用50Ω同轴线,一头间断,焊接到负载端电容上,焊接线越短越好。另一端接到示波器上,示波器设置50Ω输入,1X。

因为电源的内阻都很低,几个欧姆甚至更低,因此用示波器的50Ω作为负载已经足够了。

如何测量电源纹波?

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