精確測(cè)量電源紋波方法
在圖 1 所示的示例中，一名初級(jí)工程師完全錯(cuò)誤地使用了一臺(tái)示波器。
第一個(gè)錯(cuò)誤是使用了一支帶長(zhǎng)接地引線的示波器探針；
第二個(gè)錯(cuò)誤是將探針形成的環(huán)路和接地引線均臵于電源變壓器和開(kāi)關(guān)元件附近；
第三個(gè)錯(cuò)誤是允許示波器探針和輸出電容之間存在多余電感。
該問(wèn)題在紋波波形中表現(xiàn)為高頻拾取。在電源中，存在大量可以很輕松地與探針耦合的高速、大信號(hào)電壓和電流波形，其中包括耦合自電源變壓器的磁場(chǎng)，耦合自開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的電場(chǎng)，以及由變壓器互繞電容產(chǎn)生的共模電流。
利用正確的測(cè)量方法可以大大地改善測(cè)得紋波結(jié)果。通常使用帶寬限制來(lái)規(guī)定紋波，以防止拾取并非真正存在的高頻噪聲。我們應(yīng)該為用于測(cè)量的示波器設(shè)定正確的帶寬限制。其次，通過(guò)取掉探針“帽”，并構(gòu)成一個(gè)拾波器(如圖2所示)，我們可以消除由長(zhǎng)接地引線形成的天線。將一小段線纏繞在探針接地連接點(diǎn)周圍，并將該接地連接至電源。這樣做可以縮短暴露于電源附近高電磁輻射的端頭長(zhǎng)度，從而進(jìn)一步減少拾波。最后，在隔離電源中，會(huì)產(chǎn)生大量流經(jīng)探針接地連接點(diǎn)的共模電流。這就在電源接地連接點(diǎn)和示波器接地連接點(diǎn)之間形成了壓降，從而表現(xiàn)為紋波。要防止這一問(wèn)題的出現(xiàn)，我們就需要特別注意電源設(shè)計(jì)的共模濾波。另外，將示波器引線纏繞在鐵氧體磁心周圍也有助于最小化這種電流。這樣就形成了一個(gè)共模電感器，其在不影響差分電壓測(cè)量的同時(shí)，還減少了共模電流引起的測(cè)量誤差。圖2顯示了該完全相同電路的紋波電壓，其使用了改進(jìn)的測(cè)量方法。這樣，高頻峰值就被真正地消除了。
錯(cuò)誤紋波測(cè)量結(jié)果
改動(dòng)后紋波測(cè)試效果
實(shí)際上，集成到系統(tǒng)中以后，電源紋波性能甚至?xí)谩Ｔ陔娫春拖到y(tǒng)其他組件之間幾乎總是會(huì)存在一些電感。這種電感可能存在于布線中，抑或只有蝕刻存在于PWB上。另外，在芯片周圍總是會(huì)存在額外的旁路電容，它們就是電源的負(fù)載。這二者共同構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，進(jìn)一步降低了電源紋波和高頻噪聲。在極端情況下，電流短時(shí)流經(jīng)15nH電感和10μF旁路電容的一英寸導(dǎo)體時(shí)，濾波器的截止頻率為400kHz。這種情況下，就意味著高頻噪聲將會(huì)得到極大降低。許多情況下，濾波器的截止頻率會(huì)在電源紋波頻率以下，從而有可能大大降低紋波。