對某些應用而言，最大限度地降低輸出紋波和開關瞬變是非常重要的，尤其是像高分辨率ADC這樣的噪聲敏感型器件。將開關穩壓器用作電源時，輸出紋波會在ADC輸出頻譜上表現為獨特的尖峰，從而影響其動態性能或信噪比和無雜散動態范圍(SFDR)。考慮到這些不必要的輸出信號，有時會用低壓差(LDO)穩壓器代替開關穩壓器。因此會舍棄開關穩壓器的高效率優勢，改為獲取LDO穩壓器更干凈的輸出。像在Hi-Fi高保真音響系統中，工程師一般就能聽出功放電源電路用的是LDO穩壓器還是DC-DC開關穩壓器，外部輸入的是太陽能發電的電源還是火力發電的電源。 LDO輸出雖然更為干凈，但在大電流追求高的電源轉換效率的系統中，我們還是會選擇DC-DC開關式轉換器，既要追求高的電源轉換效率，又對噪聲敏感，正確地測量量化開關穩壓器中的輸出紋波和開關瞬變顯得尤為重要。 測量這些參數需要非常仔細，因為測量設置不佳會導致讀數有誤。由示波器探頭信號和接地引線形成的環路會引入寄生電感。這樣就會不準確地提高與快速開關轉換相關的開關瞬變幅度。因此，必須在廣泛的寬帶寬測量中保證合理的連接和良好的測量方法。 輸出紋波和開關瞬變 輸出紋波和開關瞬變是開關穩壓器輸出中的兩種不希望出現的信號。這些信號取決于穩壓器的拓撲結構以及所用外部元件的值和特征。 輸出紋波是殘余的交流輸出電壓，與開關穩壓器的開關操作密切相關。其基頻與穩壓器的開關頻率相同。 開關瞬變是在開關轉換過程中發生的高頻振蕩。其幅度表示為最大峰峰值。通常，因為它高度依賴于測試設置，所以很難準確測量。 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。上圖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。 常規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形成環形天線，收集周圍環境的電磁噪聲。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，使用這種方法，可以很容易地減小噪聲收集環路。 測量低電平輸出紋波時，不建議使用常見的10倍示波器探頭。信號可能會低于示波器探頭的最大敏感度。它可以與通道本底噪聲保持相同電平。因此，10倍探頭將信號衰減到十分之一，從而使低電平信號降為示波器本底噪聲。如果需要執行低電平紋波測量，則考慮1倍無源探頭或50Ω同軸電纜。 同時，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。 使用接地線圈在輸出電容上探測可以產生近乎最佳的紋波細節。電路板上的走線電感明顯變小，開關瞬變幅度也得以降低。但是，如下圖所示，紋波上還是明顯疊加了較低的信號輪廓，測量還不夠完美。 ![]() 開關節點和交流耦合輸出波形![]() 使用端接50Ω同軸電纜的最佳方法 使用50Ω同軸電纜，該電纜維持在50Ω環境下， 并通過可選的50Ω示波器輸入阻抗端接。在開關穩壓器輸出電容和示波器輸入端之間放置一個隔直電容。電纜的另一端可通過非常短的飛線直接焊接到輸出電容上。這樣可以保持信號完整性，尤其是在較寬的帶寬范圍內測量電平非常低的信號時。 在50Ω環境下使用同軸電纜會產生更為準確的結果，這樣紋波本身的噪聲較低，即使采用500 MHz的帶寬設置也是如此。將示波器帶寬設置更改為20 MHz可以消除信號的高頻成分，只留下輸出紋波本身 開關節點（1）在輸出電容上探測的尖端和管體法（3）以及采用20MHz示波器帶寬設置的50Ω同軸電纜法（2）波形 帶寬降低后，除了消除開關瞬變以外，還會發現紋波上的信號或噪聲輪廓變化最小，而且沒有其他不必要的信號偽像了。這表明，在較寬的帶寬范圍內測量低輸出紋波和開關瞬變信號時，在50Ω環境下使用同軸電纜是最佳解決方案。 以上內容由普科科技PRBTEK整理，公司致力于示波器測試附件配件研發、生產、銷售，涵蓋產品包含電流探頭、差分探頭、高壓探頭、無源探頭、電源紋波探頭、柔性電流探頭、近場探頭、邏輯探頭、功率探頭和光探頭等，滿足客戶多樣化測試需求。普科科技PRBTEK官網：www.prbtek.com
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發表于 2021-7-8 11:30:10
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