測量電源紋波本身有一定技巧性。圖1給出了一個(gè)不當使用示波器測量電源紋波的實(shí)例。在這個(gè)例子中出現了幾個(gè)錯誤,首先是使用了接地線(xiàn)很長(cháng)的示波器探針;其二是讓由探針和接地線(xiàn)形成的回路靠近功率變壓器和開(kāi)關(guān)元件;最后是允許在示波器探針和輸出電容之間形成額外的電感。其結果帶來(lái)的問(wèn)題是在測得的紋波波形中攜帶了拾取的高頻成分。
在電源中有許多很容易耦合到探針中的高速的、大電壓和電流信號波形,其中包括來(lái)自功率變壓器的磁場(chǎng)耦合、來(lái)自開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的電場(chǎng)耦合、以及由變壓器交繞(interwinding)電容產(chǎn)生的共模電流。

圖1:不當的紋波測量得到糟糕的結果。
采用正確的測量技術(shù)可切實(shí)改善紋波測量的結果。首先,通常會(huì )規定紋波的帶寬上限,以避免拾取超出紋波帶寬上限的高頻噪聲,應該給用于測量的示波器設定合適的帶寬上限。其次,可以通過(guò)摘掉探針的“帽子”來(lái)去掉接地長(cháng)引線(xiàn)形成的天線(xiàn)。如圖2所示,我們把一段短線(xiàn)繞在探針接地引線(xiàn)周?chē),并使之與電源地相連接。這樣做附帶的好處是縮短暴露在電源附近高強度電磁輻射中的探針長(cháng)度,從而進(jìn)一步減少高頻拾取。
最后,在隔離電源中,真正的共模電流是由在探針接地引線(xiàn)中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的,這就使得在電源地和示波器地之間產(chǎn)生電壓降,表現為紋波。要抑制這個(gè)紋波,需要在電源設計中仔細考慮共模濾波問(wèn)題。
此外,把把示波器引線(xiàn)繞在鐵芯上可減小這個(gè)電流,因為這樣會(huì )形成一個(gè)不影響差分電壓測量、但可降低由共模電流產(chǎn)生的測量誤差的共模電感。圖2顯示了采用改進(jìn)測量技術(shù)對同一電路得到的紋波電壓測量結果?梢钥吹,高頻尖刺已幾乎消除。

圖2:四種簡(jiǎn)單改進(jìn)極大地改善了測量結果。
事實(shí)上,當電源集成到系統中之后,電源紋波性能甚至會(huì )更好。在電源和系統其它部分之間幾乎總會(huì )存在一定量的電感。電感可能是由導線(xiàn)或在印刷線(xiàn)路板上的蝕刻線(xiàn)形成的,而在芯片附近總會(huì )有作為電源負載的附加旁路電容,這兩者形成低通濾波效應并進(jìn)一步降低電源紋波和/或高頻噪聲。
舉一個(gè)極端的例子,由電感量為15nH的長(cháng)一英寸的短線(xiàn)和電容量10μF的旁路電容構成的濾波器,其截止頻率為400kHz。該實(shí)例意味著(zhù)能大幅減少高頻噪聲。該濾波器的截止頻率比電源紋波頻率低很多倍,可以切實(shí)降低紋波。聰明的工程師應該在測試過(guò)程中設法利用它。 |