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絕密 | 測量DC-DC輸出紋波的方法

時間：2021-10-27 14:02:45
關鍵字： 輸出紋波   
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[導讀]本文介紹使用示波器表筆和接地彈簧代替?zhèn)鹘y的測量方式測量電壓紋波。測量輸出電壓紋波，可以快速的評估當代電源轉換器和LDO設備的性能，不同的測量方法可能導致測量結果不同，如何獲得準確的紋波值成為紋波測量中最重要的部分。本設計重點介紹輸出電壓紋波測量的實用方法，以檢驗DC-DC電源轉換...

本文介紹使用示波器表筆和接地彈簧代替?zhèn)鹘y的測量方式測量電壓紋波。

測量輸出電壓紋波，可以快速的評估當代電源轉換器和LDO設備的性能，不同的測量方法可能導致測量結果不同，如何獲得準確的紋波值成為紋波測量中最重要的部分。

本設計重點介紹輸出電壓紋波測量的實用方法，以檢驗DC-DC電源轉換器的性能。

首先簡單介紹了電壓紋波，然后比較了采用傳統的長測量回路與短測量回路技術的波形。最后，給出了三個實用的測量技巧和結論。

1.簡介

現代電子產品應用通常包含嵌入式運算處理和無線連接功能，這些電路經常具有高的脈動和重型負載性能，同時需要低的輸入電壓波紋。

因此要求新一代DC-DC轉換器具有更快的瞬態(tài)響應，并在快速波動負載條件下保持穩(wěn)定的輸出電壓，輸出電壓的紋波應該和LDO一樣，甚至更好。

為了去評估這些轉換器輸出的電壓紋波，重要的是，要了解更好的測量方法，以至于不把大量的噪聲耦合到測量波形中從而影響測量結果。

在測量輸出紋波時，不同的測量方法收集到干擾的噪聲不同，測量結果掩蓋在噪聲中，影響了對電源轉換器性能的評估。

圖1顯示了噪聲分量疊加在實際輸出紋波上，導致測量輸出紋波大于實際輸出紋波。

這在使用常規(guī)測量方法時是很常見的，直接將普通的無源示波器探頭連接到輸出端子上。

圖1:測量中疊加了電壓紋波和噪聲分量2.測量輸出電壓紋波

圖2:傳統測試方法vs 接地彈簧測試方法傳統的連接方式測量無法準確獲得電源轉換器的電壓紋波，因為較長的地線和頂部的探頭鉤子可能形成環(huán)路天線效應，吸收周圍的環(huán)境噪聲。

將噪聲疊加在輸出電壓紋波上，使測量結果不準確。為了獲得實際的輸出電壓紋波，在測量裝置中必須使測量回路最小化。

使用示波器的探頭針和接地彈簧的測量方法是最推薦的精確測量方法之一，因其易于使用和較小的測量回路而聞名。使用這種方法，可以很容易地減小噪聲收集環(huán)路。

備注：注意，測量點也會影響輸出紋波測量結果，所以要考慮的第二件事是選擇測量點，使噪聲收集回路最小化。

通常，適當的測量點應在輸出濾波電容焊盤上。測量點離電容器越近，在測量過程中產生的噪聲越小。

圖2為使用示波器的探頭和接地彈簧測量電源輸出電容的兩端，輸出端子采用常規(guī)測量方法。

傳統方法的噪聲采集環(huán)路形成的面積遠大于接地彈簧法，這就解釋了為什么在測量波形上出現了大量的噪聲。

最后，重要的是根據應用選擇一個可合意的示波器采樣帶寬。有了以上三個提示，測量準確的輸出紋波電壓就可以很容易的實現。

圖3顯示了在不同示波器采樣帶寬設置下，使用傳統的長測量回路方法與接地彈簧方法測量輸出端子上電容的數據比較。

結果表明，傳統的長測量回路方法得到的波形上的噪聲和紋波大，而接地彈簧測量方法縮短了測量環(huán)路，輸出波形更加清晰，可以準確測量輸出紋波。

圖3: 20MHZ電壓紋波測量波形圖3: 200MHZ電壓紋波測量波形圖3: 500MHZ電壓紋波測量波形3.簡單實際的技巧

  • 最小化測量回路

在DC-DC轉換器的輸出電壓紋波測量中，測量環(huán)路面積在對噪聲采集中起著重要的作用。要始終考慮最小化循環(huán)區(qū)域。該方法可以減小噪聲對紋波測量值的影響。選擇合適的測量點

確保測量的回路區(qū)域足夠小。一般情況下，選擇離輸出電容越近的測量點，而且連接阻抗越低越好。測量點離電容器越近，在測量過程中產生的噪聲越小。

  • 設置合意的采樣帶寬

對于不同的應用，臨界載荷對電源轉換系統輸出紋波噪聲的敏感程度可能會有所不同，對于噪聲敏感的應用，如高分辨率模數轉換器(ADC)或音頻應用，建議在全帶寬下測量輸出紋波。

而對于噪聲不敏感的應用，可以選擇20MHz的采樣帶寬。請注意，在全示波器采樣帶寬下，底噪仍需檢查，以保證輸出紋波的測量準確。

4.結論

使用示波器的探頭和接地彈簧法測量DC-DC輸出電壓紋波的時受到噪聲影響較少，易于實現，數據獲取精度高，示波器選擇合適的采樣帶寬和合適的測試點，可以很容易地實現精確的測量，它對大多數DC-DC轉換器進行快速檢查非常好。

最后，感謝大家一直以來的閱讀、在看和分享。

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