【经验】电源的纹波和噪声如何理解？又如何测量呢？

时间： 2023-01-31 来源：歌瑞宇航公众号

技术问答

随着电子技术、材料技术和工艺过程的不断发展，开关电源的频率和开关速度也在不断的提升，在使用开关型的DC/DC电源的时候，电源的纹波越发引人关注。但是测量DC/DC电源的纹波和噪声还没有一个行业标准。不同厂家的测试环境以及测试标准有一定差异，这导致很多人在测量时尤其迷惑。如果对纹波和噪声的理解不准确，便难以设计出高质量的开关电源。那么电源纹波和噪声是什么？又如何测量呢？本文中歌瑞宇航将为大家解析。

什么是纹波呢？主要来源是？

直流电源输出上叠加的与电源开关同频率的交流分量称为纹波。直流电源一般是由交流电经过整流、滤波、稳压等环节形成的，导致直流电源不可避免的携带一些交流成分。

开关电源的纹波主要来源是开关纹波，开关电源的开关器件以一定频率进行开通和关断，从而产生与开关同频率的纹波，即开关纹波。当前该频率范围从几十KHz到几MHz。

什么是噪声呢？主要来源是？

噪声主要是LDO电源内寄生效应的表现形式，表现为输出电压上的高频电压尖峰。这里的“噪声”是一个相对宽泛的指代，它包含多种成分，如设备的底部噪声、电磁耦合的噪声、power plane的谐振，同时也包含了电源自身的噪声。

它主要来源于PCB板上的元器件，随着元器件内驱动、接收开关的变化，电源网络上的电流也会随之变化，从而引起电压的波动。因此这一部分的噪声是电源噪声的主要来源。

纹波和噪声在精密测量仪器电源的一些特点，如下表：

典型LDO噪声频谱密度vs. 频率和V_OUT

歌瑞宇航用示波器实际测量一款开关电源芯片，更直观地理解开关电源的纹波、噪声。如下图所示，通道1（黄色）是开关电源的Vsw，通道2（蓝色）是开关电源的Vout。

图1.开关电源的Vsw和Vout

常规测量方法

一般情况下，歌瑞宇航使用示波器进行测量。基本的测量过程如下：

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，10:1的探头会把被测信号衰减10倍，然后示波器再对被测信号进行10倍放大，而此时示波器的本底噪声也被放大。大多数情况下使用X1档避免不必要的噪声影响纹波的测量。

因为测试环境中会有很多EMI（电磁干扰），示波器输入为高阻态，会将EMI信号引入测试结果，造成测量结果偏大。所以采用接地弹簧进行接地以便减小电磁干扰的引入。并且，探头应尽可能靠近输出电容放置，如下所示：

图2.示波器探头测试纹波

示波器的一些参数设置对测量结果也至关重要。

1.捕获模式。使用平均捕获模式，目的是保持原有的带宽，将噪声滤除有利于对信号进行测量。适用于观测周期性重复信号，其滤波效果提升了示波器的垂直分辨率。使得平均捕获特别适合执行谐波分析或电源质量分析。

2.平均值。平均捕获模式中需要采集N屏信号，将它们在触发位置对其，再做平均运算进行显示。这里N值暂且取8。

3.采样率。采样率过高会带来额外的噪声，应根据实际情况选择合适的采样率。

4.耦合方式。既然是交流分量，当然要选择交流耦合方式。

5.带宽限制。由电源引起的纹波和噪声频率通常都比较低，因而在进行电源纹波和噪声测量时，常常使用带宽限制功能，以隔离高频噪声对测试结果的影响。带宽限制的参数，大多数选择在20MHz；若要评估所有频段或部分频段上电源的噪声情况，则需要选择其他的限制带宽参数。

经过以上设置，可以进行测量了。

使用TTLAB-F100的测量方法

只需一根同轴线缆连接待测器件和示波器。对比实际的测试波形，更加显而易见：

图3.使用与未使用TTLAB-F100的测量对比

通道1（黄色）是未使用TTLAB-F100的测量结果，通道2（蓝色）是使用TTLAB-F100的测量结果。注意上图中通道1的幅值单位是20mV，通道2的幅值单位是1mV；那么，问题来了，如果两个通道的幅值单位都是1mV，波形是什么样呢？请看下图：

图4.相同幅值下的测量对比

通过示波器直接测量纹波，很难观察到真正的纹波；而通过搭配使用TTLAB-F100，测量者可以轻而易举的观察到真实纹波的波形，并且测量过程简单便捷。而对于噪声而言，示波器测量结果显得无能为力；而搭配使用TTLAB-F100进行噪声测量，过程变得再简单不过，只需将待测电源连接TTLAB-F100，将TTLAB-F100的噪声端口连接示波器，剩下的就是调节示波器使得波形易于观察。

使用TTLAB-F100噪声测量的优势小结：

避免了探头使用不当所引入的高频电磁干扰

避免了测量导线所引入的高频电磁干扰

示波器可以使用50Ω输入阻抗消除反射噪声

内置10Hz-10KHz/100KHz高精度低噪声滤波器用于噪声测量

(直接用示波器很难测到单纯的噪声）

内置10Hz~3MHz高精度低噪声滤波器用于纹波测量

实时动态测量，噪声Vs输出电压，噪声Vs输出电流

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由Jessica_li转载自歌瑞宇航公众号，原文标题为:电源的纹波和噪声如何理解？又如何测量呢？，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（0）

暂无评论

解析调节振幅大小时影响示波器波形稳定的原因

当示波器的波形稳定后，若对振幅大小进行调节，致使波形变得不稳定，这其中涉及到一系列与示波器触发机制相关的复杂原理。本文鼎阳科技就来给大家解析调节振幅大小时影响示波器波形稳定的原因。

设计经验发布时间 : 2024-07-21

如何验证示波器当前的波形捕获率？

示波器的波形捕获率，是指在示波器在单位时间内能够捕获的波形数量。本文以鼎阳的SDS5000X为例，介绍了如何验证示波器当前的波形捕获率。

设计经验发布时间 : 2024-07-09

示波器的种类和型号较多，其作用目的都是一样的

在工业的发展上有这么一个产品，虽然看似毫不起眼，但作用却很大，他就是示波器。示波器一直是工程师设计、调试产品的好帮手。随着行业的快速发展，示波器的种类和型号也开始变多了，但示波器的作用目的都是一样的。

设计经验发布时间 : 2024-07-06

利利普（OWON）测试仪器（数字示波器/信号发生器/频谱分析仪/数字电源/数字万用表/探头探笔）选型指南

描述- OWON（欧万）由自主创新起步，自主研发的 HDS1022M 的上市标志着 OWON (欧万)攻克手持数字示波表核心技术，打破了国外品牌在示波表技术上的长期垄断。目前，(欧万)产品涵盖了手持数字示波表、台式数字示波器、混合数字示波器、PC虚拟数字示波器等全面的数字示波器产品系列，并自主研发出高性能DDS任意波形信号发生器和可编程线性直流电源、智能蓝牙万用表等多款创新性仪器。

型号- EDS312C,HDS307S,OWP8060H,NDS302,NDS1000S系列,OWP3010H,NSA1000,NSA815,DGE3000,OW3060,EDS052E,OWP1006H,NSA1075PTG,B33,NDS104UE,OWP6020H,OW16,OW18,P4603,OWP8100H,B系列,OWP8015H,P4000系列,NDM1041,OWP2030H,SPM3051,NSA810TG,HDS3102M-N,NDG202,NDS4000系列,OWP3000H,OWP6150H,VDS系列,SPE3051,OW系列,OWM5500,HSA1036,NSA800,B33+,ODP系列,TH3100A,EDS202C,NSA1015P,NDG2060,OWP6030H,NSA805,OWP6000H系列,OWP8025H,NDM3000,NSA810,OWP2020H,AG-S,HSA015,NDS1022S,NSA800系列,NDS4000,ODP3032,ODP3031,NSA805TG,EDS102C,EDS102E,OWP8040H,EDS-C系列,SPE6103,ND074UE,SPE6102,ODP3033,NSA1000系列,EDS072E,OW18B,OWP1000H系列,OW18A,OW18D,OW18E,HSA1075TG,SP6053,HDS2062M-N,TAO3074,OWP3015H,T3060,TAO3072,SP3101,SP3103,VDS6104A,OWP1030H,OWP6000H,NDG2080,DGE3032,OD5070,TAO3122A,P7300,HDS1022M-N,NDM1241,OWP2010H,NDS1000S,HDS1022M-I,VDS6074A,HDS4202M-N,NDG3000系列,NDS102UP,NDG082,B35T+,NSA1000P,SPE系列,ODP3053,HSA1036TG,HDS-I,OWP3000H系列,EDS112C,NSA1036P,OWP8050H,SPM系列,AG051F,OWP3060H,HDS-N,DGE3062,EDS062E,HDS-N系列,HDS300S系列,HDS,HSA1075,NDS4352,VDS6102A,ODP3063,NDS4354,OWP1020H,VDS6104,EDS1202C,OWP6010H,NDG2000系列,VDS6102,NSA1000P系列,SPM6103,NDS204E,OWP2000H,P4060,OWP3004H,OWP8020H,NDS104U,EDS-E系列,AG1012F,CM2100B,ODP6062,EDS122E,T5200,OWP3050H,OWP6100H,AG系列,TAO3072A,OWP6015H,SPM3103,AG-S系列,HDS1021M-N,VDS6000,TAO3102A,NDM3051,NDS104E,SPM6053,ODP,NDS1102S,OWP6060H,TAO3000系列,OWP1010H,NDS202U,AG1011F,OWP2000H系列,HDS310S,OWP2015H,HSA1000系列,ODP3122,AG1022,CP024,NDS202E,OW3200,HDS2061M-N,OWP8000H系列,OWP3006H,CM2100,OWP8030H,OWP3040H,NDG162,NSA1015PTG,NDS102U,TAO3122,AG1022F,T5100,OWP2004H,AG1012,OWP6025H,TAO3074A,AG1011,NDG,0WM5500,TAO3104A,HSA015TG,AG051,OW16B,OW16A,OC5010,NDS,NDS1104S,NDS074E,VDS,SPE3103,SPE3102,OWP1000H,OWP8150H,MSO,OWP,HDS320S,NSA815TG,P4305,B41T+,SPE6053,OH5040,D35T,OW18系列,OWP系列,CP-07+,OW3100,TAO3000,OWP3008H,DGE3000系列,OWP2060H,NDG2100,OWP8000H,TAO3104,TAO3102,OWP3030H,OH5018,T3100,NDS104,NDS102,SPE,OWP2006H,NDS-U,SPM,AG2052F,EDS032E,NDM2041,P4250,EDS-E,NDG2000,ODP6033,OWP6040H,D33,EDS-C,D35,HDS300系列,SP系列,OWP2050H,P4000,NDS1052S,HDS系列,NDS204UE,P2060,SP3051,VDS6000系列,NDG122,NSA1036PTG,NDS1202S,EDS302C,NDG2030,OWP8010H,OWP3020H,NDS-U系列,OD5140,NDS202,NDM3000系列,OWP2008H,AG2062F,HDS3101M-N,MSO系列,NDG3000,NDG2035,NSA1075P,HDS300S,OWP6050H,OH5007,HDS1022M,VDS6074,OD5015,P4100,OWP2040H,NDM3041,NDG系列,HSA1000,OW3300,NDS4502,SP6103,NDS4504,NDG102,SP6101,HDS300

选型指南 - 利利普 - 2023年7月 PDF 中文下载

【应用】高性能开关电源芯片KP201LGA大大降低智能中控面板开关频率和系统功耗，避免二极管发热问题

笔者设计的一款智能中控面板，安装在房间墙壁86盒上，由市电220V交流供电，该产品由电源板、控制板板、TFT显示屏、通信模块及传感器组成，系统供电要求为12V/1.5A。该产品的开关电源方案采用必易微的KP201LGA开关电源芯片和东科半导体DK5V100R20S同步整流芯片组合方案。

应用方案发布时间 : 2023-07-11

【技术】一文详解示波器波形抖动两大主要原因及如何合理利用示波器触发稳定波形

示波器要想信号看起来稳定，必须使其捕获的波形呈现周期性，也就是每次捕获到的信号样子要基本一致，可以利用示波器的各种功能和触发来达到这个目的，本文就是采用了分段存储和脉宽触发解决了这个问题。

技术探讨发布时间 : 2023-09-21

亚成微电子开关电源芯片选型表

亚成微开关电源芯片，最大功率8W~120W，工作频率65KHz~130KHz

产品型号	品类	应用领域	最大功率（W）	工作频率（kHz）	功率管	封装形式	分类
RM6820NQL	开关电源芯片	快速充电器、电源适配器、模块电源	120W	85kHz	内置GaN	PLP8*8	副边反馈(SSR)+ZVS