絕密 | 測(cè)量DC-DC輸出紋波的方法

時(shí)間：2021-10-27 14:02:45

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[導(dǎo)讀]本文介紹使用示波器表筆和接地彈簧代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量方式測(cè)量電壓紋波。測(cè)量輸出電壓紋波，可以快速的評(píng)估當(dāng)代電源轉(zhuǎn)換器和LDO設(shè)備的性能，不同的測(cè)量方法可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不同，如何獲得準(zhǔn)確的紋波值成為紋波測(cè)量中最重要的部分。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹輸出電壓紋波測(cè)量的實(shí)用方法，以檢驗(yàn)DC-DC電源轉(zhuǎn)換...

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

測(cè)量輸出電壓紋波，可以快速的評(píng)估當(dāng)代電源轉(zhuǎn)換器和LDO設(shè)備的性能，不同的測(cè)量方法可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不同，如何獲得準(zhǔn)確的紋波值成為紋波測(cè)量中最重要的部分。

本設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹輸出電壓紋波測(cè)量的實(shí)用方法，以檢驗(yàn)DC-DC電源轉(zhuǎn)換器的性能。

首先簡(jiǎn)單介紹了電壓紋波，然后比較了采用傳統(tǒng)的長(zhǎng)測(cè)量回路與短測(cè)量回路技術(shù)的波形。最后，給出了三個(gè)實(shí)用的測(cè)量技巧和結(jié)論。

1.簡(jiǎn)介

現(xiàn)代電子產(chǎn)品應(yīng)用通常包含嵌入式運(yùn)算處理和無線連接功能，這些電路經(jīng)常具有高的脈動(dòng)和重型負(fù)載性能，同時(shí)需要低的輸入電壓波紋。

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

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

在測(cè)量輸出紋波時(shí)，不同的測(cè)量方法收集到干擾的噪聲不同，測(cè)量結(jié)果掩蓋在噪聲中，影響了對(duì)電源轉(zhuǎn)換器性能的評(píng)估。

圖1顯示了噪聲分量疊加在實(shí)際輸出紋波上，導(dǎo)致測(cè)量輸出紋波大于實(shí)際輸出紋波。

這在使用常規(guī)測(cè)量方法時(shí)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(cè)量中疊加了電壓紋波和噪聲分量2.測(cè)量輸出電壓紋波

圖2:傳統(tǒng)測(cè)試方法vs 接地彈簧測(cè)試方法傳統(tǒng)的連接方式測(cè)量無法準(zhǔn)確獲得電源轉(zhuǎn)換器的電壓紋波，因?yàn)檩^長(zhǎng)的地線和頂部的探頭鉤子可能形成環(huán)路天線效應(yīng)，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(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。為了獲得實(shí)際的輸出電壓紋波，在測(cè)量裝置中必須使測(cè)量回路最小化。

使用示波器的探頭針和接地彈簧的測(cè)量方法是最推薦的精確測(cè)量方法之一，因其易于使用和較小的測(cè)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(cè)量點(diǎn)也會(huì)影響輸出紋波測(cè)量結(jié)果，所以要考慮的第二件事是選擇測(cè)量點(diǎn)，使噪聲收集回路最小化。

通常，適當(dāng)?shù)臏y(cè)量點(diǎn)應(yīng)在輸出濾波電容焊盤上。測(cè)量點(diǎn)離電容器越近，在測(cè)量過程中產(chǎn)生的噪聲越小。

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

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

最后，重要的是根據(jù)應(yīng)用選擇一個(gè)可合意的示波器采樣帶寬。有了以上三個(gè)提示，測(cè)量準(zhǔn)確的輸出紋波電壓就可以很容易的實(shí)現(xiàn)。

圖3顯示了在不同示波器采樣帶寬設(shè)置下，使用傳統(tǒng)的長(zhǎng)測(cè)量回路方法與接地彈簧方法測(cè)量輸出端子上電容的數(shù)據(jù)比較。

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

圖3: 20MHZ電壓紋波測(cè)量波形圖3: 200MHZ電壓紋波測(cè)量波形圖3: 500MHZ電壓紋波測(cè)量波形3.簡(jiǎn)單實(shí)際的技巧

最小化測(cè)量回路

在DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓紋波測(cè)量中，測(cè)量環(huán)路面積在對(duì)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(duì)紋波測(cè)量值的影響。選擇合適的測(cè)量點(diǎn)

確保測(cè)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(cè)量點(diǎn)，而且連接阻抗越低越好。測(cè)量點(diǎn)離電容器越近，在測(cè)量過程中產(chǎn)生的噪聲越小。

設(shè)置合意的采樣帶寬

對(duì)于不同的應(yīng)用，臨界載荷對(duì)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出紋波噪聲的敏感程度可能會(huì)有所不同，對(duì)于噪聲敏感的應(yīng)用，如高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)或音頻應(yīng)用，建議在全帶寬下測(cè)量輸出紋波。

而對(duì)于噪聲不敏感的應(yīng)用，可以選擇20MHz的采樣帶寬。請(qǐng)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(cè)量準(zhǔn)確。

4.結(jié)論

使用示波器的探頭和接地彈簧法測(cè)量DC-DC輸出電壓紋波的時(shí)受到噪聲影響較少，易于實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)獲取精度高，示波器選擇合適的采樣帶寬和合適的測(cè)試點(diǎn)，可以很容易地實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量，它對(duì)大多數(shù)DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)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。