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DCDC模块的电源纹波和噪声的测量方案

发布日期:2022-06-04 11:11   来源:未知   阅读:

  测量DC/DC电源的纹波和噪声没有一个行业标准。不同厂家的测试环境以及测试标准都不太一样,导致很多人很迷惑。接下来PRBTEK给大家分享一随着开关频率和开关速度不断的提升,在使用开关型的DC/DC电源的时候,要特别关注输入输出电源的纹波。个简单可靠的电源纹波的测试方法:

  使用无源探头DC耦合测试,示波器内部设置为DC耦合,耦合阻抗为1Mohm,此时无源探头的地线接主板地,信号线接待测电源信号。这种测量方法可以测到除DC以外的电源噪声纹波。

  如下图所示,当采用普通的鳄鱼夹探头时,由于地和待测信号之间的环路太大,而探头探测点靠近高速运行的IC芯片,近场辐射较大,会有很多EMI噪声辐射到探头回路中,使测试的数据不准确。为了改善这种情况,推荐用无源探头测试纹波时,使用图中的探头,将地信号缠绕在信号引脚上,相当于在地和信号之间存在一个环路电感,对高频信号相当于高阻,有效抑制由于辐射产生的高频噪声。更多时候,建议测试者采用第三种测试方法,将一个漆包线绕在探头上,然后将漆包线的焊接到主板地网络上,移动探头去测试每一路电源纹波噪声。同时无源探头要求尽量采用1:1的探头,杜绝使用1:10的探头。

  对于示波器,若垂直刻度为xV/div,示波器垂直方向为10div,满量程为10xV,示波器采样AD为8位,则量化误差为10x/256 V。例如一个1V电源,噪声纹波为50mV,如果要显示这个信号,需要设置垂直刻度为200mV/div,此时量化误差为7.8mV,如果把直流1V通过offset去掉,只显示纹波噪声信号,垂直刻度设置为10mV即可,此时的量化误差为0.4mV。

  (1)1Mohm端接匹配;(2)DC耦合;(3)全带宽;(4)offset设置为电源电压;

  使用无源探头DC耦合需要设置offset,对于电源电压不稳定的情况,offset设置不合理,会导致屏幕上显示的信号超出量程,此时选择AC耦合,使用内置的搁置电路来滤去直流分量。

  由于无源探头的带宽较低,而电源开关噪声一般都在百MHz以上,同时电源内阻一般在几百毫欧以内,选择高阻1Mohm的无源探头对于高频会产生反射现象,因此可以选择用同轴线来代替无源探头,此时示波器端接阻抗设置为50欧,与同轴线阻抗相匹配,根据传输线理论,电源噪声没有反射,此时认为测量结果最准确。

  利用同轴线的测量方法,最准确的是采用DC50欧,但是大部分示波器在DC50欧时offset最大电压为1V,无法满足大部分电源的测量要求,而示波器内部端接阻抗为50欧时,不支持AC耦合,因此需要外置一个AC电容,如下图所示,当串联电容值为10uF时,根据表1可以看到,此时可以准确测试到2KHz以上的纹波噪声信号。

  由于从PMU出来的电源纹波噪声大多集中在1MHz以内,如果采用同轴线外置隔直电容测量方法,低频噪声分量损失较为严重,因此改用下图所示的测量方法,利用同轴线传输信号,示波器设置为AC1M,这样虽然存在反射,但是反射信号经过较长CABLE线折返传输后,影响是有限的,示波器在R2上采集电压值可以认为仍然可以被参考。

  为了避免反射,在同轴线接到示波器的接口处端接一个50ohm电阻,使示波器输入阻抗和cable线特征阻抗匹配。

  由于示波器的探头地和机壳地通过一个小电容接在一起,而示波器的机壳地又通过三角插头和大地接在一起,在实验室里,几乎所有的设备地都和大地接在一起,示波器内部地线接法如下图所示,因此上面介绍的两种方法都无法解决地干扰问题,为了解决这个问题,需要引入浮地示波器或者差分探头。

  由于差分探头为有源探头,外置差动放大器,可以将待测信号通过差分方式接入,使示波器的地和待测件地隔离开,达到浮地效果。但是差分探头在示波器内部只能DC50欧耦合,而offset最大一般不超过1V,因此需要在差分探头上串联隔直电容。使用差分探头测量时关键是探头的CMRR要足够大,这样才能有效抑制共模噪声。

  1) 限制示波器带宽为20MHz(大多中低端示波器档位限制在20MHz,高端产品还有200MHz带宽限制的选择),目的是避免数字电路的高频噪声影响纹波测量,尽量保证测量的准确性。

  2) 设置耦合方式为交流耦合,方便测量(以更小档位来仔细观测纹波,不关心直流电平)。

  3)保证探头接地尽量短(测量纹波动辄上百mV的主要原因就是接地线太长),尽量使用探头自带的原装测试短针。如果没有测试短针,可以拆除探头的接地线和外壳,露出探头地壳,自制接地线缠绕在探头地壳上,保证接地线cm。

  以上内容由普科科技prbtek为您分享,如果您在选型/使用过程有什么问题,咨询普科科技官网: