何為紋波

由于直流穩定電源一般是由交流電源經整流穩壓等環節而形成的，這就不可避免地在直流穩定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩定量上的交流分量就稱之為紋波。紋波的成分較為復雜，它的形態一般為頻率高于工頻的類似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。對于不同的場合，對紋波的要求各不一樣。

紋波的表示方法可以用有效值或峰值來表示，可以用絕對量，也可以用相對對量來表示。例如一個電源工作在穩壓狀態，其輸出為100V 5A，測得紋波的有效值為10mV，這10mV就是紋波的絕對量，而相對量即 紋波系數=紋波電壓/輸出電壓=10mv/100V=0.01%，即等于萬分之一。  （資料來自網絡）

為什么你的電源紋波那么大？

作者：李凱

某用戶在用500MHz帶寬的示波器對其開關電源輸出5V信號的紋波進行測試時，發現紋波和噪聲的峰峰值達到了900多mV（如下圖所示），而其開關電源標稱的紋波的峰峰值<20mv。雖然用戶電路板上后級還有LDO對開關電源的這個輸出再進行穩壓，但用戶認為測得的這個結果過大，不太可信，希望找出問題所在。

問題分析

電源紋波測試過大的問題通常和使用的探頭以及前端的連接方式有關。首先檢查了用戶探頭的連接方式，發現其使用的是如下面左圖所示的長的鱷魚夾地線，而且接地點夾在了單板的固定螺釘上，整個地環路比較大。由于大的地環路會引入更多的開關電源造成的空間電磁輻射噪聲以及地環路噪聲，于是更換成如下面右圖所示的短的接地彈簧針。

經過實際測試，發現測得的紋波噪聲的峰峰值有很大改善，如下圖所示。但紋波噪聲的峰峰值仍然有40多mV，和開關電源廠商標稱的<20mV仍有較大差異。

進一步檢查用戶使用的探頭的型號，發現用戶使用的是示波器標配的10:1的無源探頭。如下圖所示。

10:1的探頭會把被測信號衰減10倍再送入示波器，然后示波器再對被測信號進行10倍的數學放大。這種探頭的好處是通過前面的匹配電路提升了探頭帶寬可以到幾百MHz，而且擴展了示波器的量程，但是對于小信號的測量不是特備有利。如果被測信號幅度本身就小，再衰減10倍可能就淹沒在示波器的底噪聲里了，即使再做10倍的數學放大，對于信噪比本身也是沒有改善的。所以對于電源紋波噪聲的測量應該盡量使用小衰減比的探頭，比如1:1的探頭。于是另外找了一個1:1無源探頭，這種1:1的無源探頭雖然帶寬不高（通常幾十MHz），但衰減比小，對于小信號測試非常合適。

下圖是換用1:1的無源探頭后，和10:1 探頭在不同帶寬限制下的對比測試結果。可以看到，使用1:1探頭并設置20MHz帶寬限制后，測量到的紋波噪聲的峰峰值只有不到10mV，遠遠好過10:1探頭的測試結果。從1:1探頭的測試結果里可以看到清晰的紋波的波形，并且滿足用戶對于電源紋波噪聲<20mV的預期。另外，我們也可以看到，帶寬限制對于噪聲峰峰值也有一定的改善作用。

問題總結

這是一個典型的電源紋波測試的問題。我們通過使用短的地線連接、換用低衰減比的探頭以及帶寬限制功能使得紋波噪聲的測試結果大大改善。一般來說，影響電源紋波測試結果的影響因素按照重要性主要有以下幾個：

1、 前端連接線和地環路的長度：長的地環路會拾取更多開關電源的電磁輻射以及地噪聲，因此需要使用盡可能短的地線連接。

2、 探頭的衰減比：大衰減比的探頭會使得小信號幅度更加微弱，甚至淹沒在示波器底噪聲里，所以應該盡量使用1:1衰減比的探頭。