紋波是電源的核心指標(biāo)，但如何準(zhǔn)確測(cè)量紋波確實(shí)一個(gè)被廣泛忽略的問(wèn)題。也許您認(rèn)為不就是示波器交流耦合，然后把探頭點(diǎn)在電源上嘛？事實(shí)遠(yuǎn)非如此，本文為您呈現(xiàn)紋波測(cè)試的正確方式。

探頭的選擇

在十幾年前，很多公司的電源測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的規(guī)定，要求使用1:1 探頭進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)檫@種探頭不會(huì)損失示波器的測(cè)量檔位，比如示波器原來(lái)最小檔位是2mv/div，使用1:1探頭就仍然可以通過(guò)這個(gè)檔位測(cè)量紋波，即可以準(zhǔn)確測(cè)量出10mv以內(nèi)的紋波。但是由于這種探頭的帶寬只能做到6MHz左右，所以隨著開(kāi)關(guān)電源頻率的提升，這種探頭便不再適合使用。

目前常用的電源測(cè)量探頭是10:1無(wú)源探頭、100:1無(wú)源探頭、高壓差分探頭。探頭的選擇上首先要考慮電壓范圍，被測(cè)電壓不要超出探頭允許的范圍。比如說(shuō)一般的10:1的無(wú)源探頭，其低頻耐壓值是300VRMS，且隨著頻率的升高而降低。如圖1所示。使用之前要測(cè)量信號(hào)的電壓范圍在此范圍內(nèi)。否者將無(wú)法進(jìn)行正確的測(cè)量。

圖1  10:1無(wú)源探頭輸入額定電壓曲線

除此之外，還需要考慮探頭衰減比對(duì)底噪的放大，從而判斷信號(hào)的真實(shí)有效部分。采用探頭測(cè)量時(shí)的示意圖如圖2所示，其中Gn1是虛擬的一個(gè)噪聲源，表示示波器的本低噪聲，而Gn2表示探頭的本底噪聲。由于信號(hào)經(jīng)過(guò)了探頭的衰減，為了還原真實(shí)信號(hào)的大小，示波器內(nèi)部會(huì)對(duì)信號(hào)再進(jìn)一步放大，而此時(shí)Gn1和Gn2也就跟著被放大，其放大倍數(shù)就是衰減比的倒數(shù)。所以衰減倍數(shù)越大，其測(cè)量系統(tǒng)的本底噪聲也就被放大的越多。

圖2  底噪放大示意圖

例如使用500：1高壓差分探頭進(jìn)行測(cè)量，示波器本底噪聲是1mv，探頭噪聲為為1mv，這樣累加噪聲是2mv，再經(jīng)過(guò)500倍的放大，其本底噪聲就達(dá)到了1V。此時(shí)就需要考慮，1V的噪聲是否在允許范圍內(nèi)。如果您的被測(cè)系統(tǒng)紋波本身也就只有1V或者更小，那1V的噪聲顯然是不允許的。

接地方式的選擇

傳統(tǒng)的使用習(xí)慣上，示波器的接地方式就是那根長(zhǎng)長(zhǎng)的接地夾線。如圖3所示，這種接地方式，確實(shí)是一種簡(jiǎn)單方便的接地方式，但是卻并不是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、?zhǔn)確的接地方式。

圖3  接地夾線示意圖

由于地夾線比較長(zhǎng)，其會(huì)形成一個(gè)寄生電感Lgnd，隨著夾線的增長(zhǎng)，這個(gè)電感也會(huì)增大，而這個(gè)回路電感會(huì)和示波器探頭的輸入電容Cin產(chǎn)生諧振。這就導(dǎo)致示波器的幅頻特性變得不平坦，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。其等效電路如圖4所示：

圖4  接地夾線等效電路圖

但是這還不是接地夾線最致命的。開(kāi)關(guān)電源，隨著開(kāi)關(guān)管的開(kāi)合，不僅僅產(chǎn)生了電源紋波，同時(shí)也產(chǎn)生了很多電磁干擾，通過(guò)空間進(jìn)行輻射，而這部分輻射就會(huì)被接地夾線與探頭形成的線圈給接收到，再加上示波器是高阻輸入的，就導(dǎo)致這部分信號(hào)對(duì)測(cè)量的干擾非常可觀。電磁干擾雖然也可以說(shuō)是電源的一項(xiàng)參數(shù)，但是這部分信號(hào)是無(wú)法通過(guò)示波器探頭來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的，測(cè)量出來(lái)的值是毫無(wú)意義的。