圖 1 錯(cuò)誤的紋波測量得到的較差的測量結(jié)果

 

利用正確的測量方法可以大大地改善測得紋波結(jié)果。首先，通常使用帶寬限制來規(guī)定紋波，以防止拾取并非真正存在的高頻噪聲。我們應(yīng)該為用于測量的示波器設(shè)定正確的帶寬限制。其次，通過取掉探針“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度，從而進(jìn)一步減少拾波。

 

最后，在隔離電源中，會產(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量的同時(shí)，還減少了共模電流引起的測量誤差。圖2顯示了該完全相同電路的紋波電壓，其使用了改進(jìn)的測量方法。這樣，高頻峰值就被真正地消除了。
 

 

圖 2 四個(gè)輕微的改動(dòng)便極大地改善了測量結(jié)果

 

實(shí)際上，集成到系統(tǒng)中以后，電源紋波性能甚至?xí)?。在電源和系統(tǒng)其他組件之間幾乎總是會存在一些電感。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/或高頻噪聲。在極端情況下，電流短時(shí)流經(jīng) 15 nH 電感和 10 μF 旁路電容的一英寸導(dǎo)體時(shí)，該濾波器的截止頻率為 400 kHz。這種情況下，就意味著高頻噪聲將會得到極大降低。許多情況下，該濾波器的截止頻率會在電源紋波頻率以下，從而有可能大大降低紋波。經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師應(yīng)該能夠找到在其測試過程中如何運(yùn)用這種方法的途徑。

 

電源輸出紋波簡介

 

理想狀態(tài)時(shí)，電源輸出的直流電壓應(yīng)為一固定值， 但是很多時(shí)候它是通過交流電壓整流、濾波后得來的，或多或少會有剩余的交流成分，這種包含周期性與隨機(jī)性成分的雜波信號我們稱之為紋波。較大的紋波會影響CPU與GPU正常工作，這個(gè)數(shù)值越小越好。

 

● 判定紋波的標(biāo)準(zhǔn)

 

Intel在ATX12V 2.31規(guī)范中規(guī)定+12V輸出紋波不得超過120毫伏，+3.3V與+5V紋波不得超過50毫伏，這個(gè)量對于大多品牌電源是非常寬裕的，筆者測試過的絕大多數(shù)電源都不會超過這個(gè)數(shù)值，但幾乎所有山寨電源在滿載時(shí)紋波都會超標(biāo)，內(nèi)部用料設(shè)計(jì)可想而知。

 

其實(shí)，我們完全可以把電源的紋波圖案和聲音的波譜聯(lián)系到一起。當(dāng)聲音震動(dòng)頻率十分高時(shí)，往往會出現(xiàn)聲音波譜雜亂甚至高低偏離十分明顯的情況。這和電源紋波中的表現(xiàn)情況是相對一樣的。

 

Intel ATX12V 2.31對電源紋波的規(guī)定

 

 

● PBzone輸出紋波測試設(shè)定

 

電源每路輸出負(fù)載的紋波值與該路的電流值有很大關(guān)系，一般電源在輕載下紋波是絕不會超標(biāo)的，所以我們記錄三種狀態(tài)下的紋波：100%負(fù)載、+12V聯(lián)合輸出滿載、+3.3V輸出滿載，+5V輸出滿載。在測試三路輸出滿載時(shí)，我們把其中一路按照銘牌標(biāo)稱滿載，另外兩路的電流均設(shè)定為2A。
 

 

圖3 測試紋波使用的數(shù)字示波器

 

圖4 +12V紋波記錄截圖

 

紋波測試結(jié)果其實(shí)不難看懂，上面兩張圖分別是高頻與低頻的截圖，兩種紋波值相加即為最終結(jié)果。請大家單擊一張圖放大，會發(fā)現(xiàn)圖的最下面一行有兩個(gè)數(shù)值，縱向分度值20.0mV，和橫向分度值10.0us。我們只需要關(guān)注mV這個(gè)數(shù)值，20.0mV代表Y軸網(wǎng)格每一格等于20mV，第一張圖的波峰與波谷相隔大致一個(gè)網(wǎng)格，就意味著10.0us的高頻紋波峰-峰值大約是20mV*1=20mV。此外還要注意代表低頻的10.0ms，即右圖，右圖中除去毛刺后的高頻紋波峰-峰值大約是1個(gè)網(wǎng)格即20.0mV。高頻與低頻相加即為該路輸出的紋波值，兩者相加為40mV,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Intel規(guī)定的120mV，所以測試結(jié)果可以說非常優(yōu)秀。

 

電子器件的電源測量通常情況是指開關(guān)電源的測量（當(dāng)然還有線性電源）。講述開關(guān)電源的資料非常多，本文討論的內(nèi)容為PWM開關(guān)電源，而且僅僅是作為測試經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，為大家簡述容易引起系統(tǒng)失效的一些因素。因此，在閱讀本文之前，已經(jīng)假定您對于開關(guān)電源有一定的了解。

 

1 開關(guān)電源簡述

 

開關(guān)電源（Switching Mode Power Supply，常常簡化為SMPS），是一種高頻電能轉(zhuǎn)換裝置。其功能是將電壓透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。

 

開關(guān)電源的拓?fù)渲搁_關(guān)電源電路的構(gòu)成形式。一般是根據(jù)輸出地線與輸入地線有無電氣隔離，分為隔離及非隔離變換器。非隔離即輸入端與輸出端相通，沒有隔離措施，常見的DC/DC變換器大多是這種類型。所謂隔離是指輸入端與輸出端在電路上不是直接聯(lián)通的，使用隔離變壓器通過電磁變換方式進(jìn)行能量傳遞，輸入端和輸出端之間是完全電氣隔離的。

 

對于開關(guān)變換器來說，只有三種基本拓?fù)湫问?，即?/div>