电源的纹波与噪声介绍

纹波是电源的核心指标，如何降低电源的纹波噪声是大多数用户都关心的问题，一方面是从电源设计、外部电路做方案改进，另一方面则要有一个更准确更合适的测试纹波噪声的方法。

电源的纹波与噪声介绍

纹波和噪声即：直流电源输出上叠加的与电源开关频率同频的波动为纹波，高频杂音为噪声。具体如图1所示，频率较低且有规律的波动为纹波，尖峰部分为噪声。  

图1 电源纹波噪声

不规范的纹波测试

示波器中接入一个3.3V的电源信号，探头档位使用X10档，进行电源纹波的测量，点击【Auto Setup】之后，经过调解水平时基，垂直档位和垂直偏移，可以得到如下图2所示。  

图2 不规范纹波测试   从图中可以看出，所测的波形夹杂着许多的噪声和杂波，直流、交流波形混在一起，没办法清晰的观察纹波，导致无法准确的测量纹波的值。很多工程师测量纹波出现这种情况是因为没有使用规范的纹波测量方法。  

规范的纹波测试方法

1．探头要选择合适的档位，如果电压比较大，或者对带宽要求比较高的情况下可使用X10档，普通情况下建议使用X1档，避免不必要的噪声衰减影响纹波的测量。  

图3 探头档位选择  2．纹波属于是交流成分，所以“通道耦合”方式可使用“交流”方式，限制直流信号的输入，如图4所示。3．可适当的使用“带宽限制”功能，可选择“20MHz”带宽限制，将不必要的高频噪声滤除，如图4所示。  

图4 通道界面参数设置   4．因为测试环境中会有很多EMI（电磁干扰），示波器为高阻设备，会将EMI信号引入测试结果，造成测量结果偏大。正确的测量方式应该是采用接地弹簧进行接地以便减小电磁干扰的引入。用接地弹簧和用鳄鱼夹接地对比图如下所示：  

图5 接地方式对比  5．触发方式可以选用边沿触发，触发模式选择Auto/Normal均可。6．适当调整水平时基，垂直档位和垂直偏移，使波形信号在屏幕中央以较好的效果显示，具体捕获的纹波如下图6所示。  

图6 纹波捕获   正确的纹波测量方式可以清晰的捕抓到正确的纹波，减少了不必要的噪声和杂波对纹波的影响，测试结果就是一条干净的纹波，在这样的基础上进行电源纹波测量，可以更精确的测量纹波的值，进而更准确估测电源质量。  7．测量分析。纹波测试一般以峰峰值来表示，可以使用【measure】进行自动测量，ZDS系列示波器支持51种真正意义的参数测量统计功能，基于全存储深度的基础上测量纹波的参数，或者也可以使用“一键光标”进行手动测量，如下图7所示。  

图7 结果分析   从测量中可以看到，本次电源纹波的峰峰值为18mv，Intel在ATX12V规范中规定，+12V输出纹波峰峰值不得超过120mv，+3.3V与+5V纹波峰峰值不得超过50mv，纹波越小电源质量就越高。  

三步完成纹波噪声测试办法

ZDS5054A示波器具备功能完善的电源分析功能，可以非常方便地测量电源输出纹波、噪声。

第一步：选择合适的档位探头后，点击【Auto Setup】一键捕获波形信号；

第二步：点击【通道1】进入通道界面，将通道耦合方式改为【交流】；

第三步：打开电源分析功能，选择【输出纹波】，测试类型可以选择“纹波”和“噪声”两种，截止频率滤除高频成分得到纹波的主要成分，如下图8会自动测试出纹波测量结果。

图8  纹波自动测试功能   注：测量结果表格中有 4 个项目： 纹波/噪声电压：滤波后的电压有效值； 最大峰值：滤波后的电压最大峰值； 最小峰值：滤波后的电压最小峰值；

频率：滤波后信号的频率。

审核编辑 ：李倩