纹波：理想状态时，电源输出的直流电压应为一固定值，但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的。由于滤波不干净或多或少会有剩余的交流成分，这种包含周期性与随机性成分的杂波信号我们称之为纹波。
即便是用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。较大的纹波会对高速信号质量产生干扰，影响CPU与GPU正常工作，所以这个数值越小越好。所以为了保证电源的电压输出质量，需要对给电路板供电的AC/DC或DC/DC模块的输出纹波进行测量。而纹波的测量方法对于其该项指标的确定会产生非常大的影响，今天安泰测试Agitek就简单给大家演示一下示波器测电源波纹的一些注意事项。
通过示波器测试电源纹波时，只有采取正确的测量方法，才能得到准确的测量数值。如何正确使用示波器测试电源纹波呢？以下几点为使用示波器测试纹波时需要注意的几点：
1、 示波器要选择20MHz的带宽限制。一般开关电源输出的纹波在DC~20MHz范围。而高频同步开关噪声和信号反射等引起的噪声在DC~1GHz范围。所以此设置可以滤除高频噪声，避免高频噪声对纹波测量造成影响。
下图为纹波与噪声的示意图。A：纹波+噪声；B：纹波；C：噪声。
2、 示波器探头接地线尽量短。通常建议去掉探头帽，使用探头自带的接地弹簧来接地，这样可避免由探针与地线形成的类天线环路耦合进电路中的噪声。
3、 尽量选择有1X的示波器探头。可避免由示波器本身噪声引起的纹波误差。因为探头端对信号进行衰减后，为了在示波器上仍读取实际信号电压值，示波器会通过设置的探头比对信号进行运算。如使用10X衰减探头，实际进入示波器的信号衰减为1/10，为了在示波器上显示真实电压值，示波器上探头比需设为10X，示波器会将所得信号乘10后进行显示。而探头本身的噪声是不会因探头的衰减而衰减，所以乘10后所得的噪声会变大。对于测试的纹波较小时会产生影响。此外，很多探头1X时的带宽只有不足10MHz，会使高于10MHz的纹波衰减造成实际测试的纹波偏小。所以最好选择不低于20MHz的带有1X的探头测试。如RIGOL PVP2000探头，1X时带宽为35MHz，可满足纹波测试带宽要求。
4、示波器的通道耦合方式选择交流，可以将直流电压隔离，方便信号观测。因为纹波是叠加在直流信号上的，相较于直流电压，其数值较小。所以需要将垂直刻度调小，并调节垂直偏移才可以看到纹波信号。此外由于示波器的垂直偏移范围可调范围是有限制的，所以当直流信号过大时可能会导致无法看到纹波。所以选择交流耦合可以只显示交流纹波信号，方便观测波形。
5、如果使用隔离电源时要保证示波器的电源地与被测电源地隔离，避免引入共模干扰。
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纹波定义：理想状态时，电源输出的直流电压应为一固定值，但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的。由于滤波后或多或少会有剩余的交流成分，这种包含周期性与随机性成分的杂波信号我们称之为纹波

1．	最大纹波电压。

在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示

2．	纹波系数Y（%）：

在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，既y=Urms/Uo x100%

3． 纹波电压抑制比。

在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输出电压中的纹波电压Ui与输出电压中的纹波电压Uo之比，即：

纹波电压抑制比=Ui/Uo

测量电源纹波本身有一定技巧性，通过示波器测试电源纹波时，只有采取正确的测量方法，才能得到准确的测量数值，如果使用方法不合适，会得出错误的结论，从而影响对系统性能的正确判断。

如何正确使用示波器测试电源纹波呢？

1.电源的纹波属于一种交流噪声，其中绝大多数是前面电路的调制频率（比如DCDC的开关频率），但是它同时也会包含有来自元器件的各种噪声，外界的干扰噪声等。

首先我们要保证示波器探头获取的是需要的纹波电压，不包含其他高频和干扰成分。通常，示波器探头都有一个外部连接地线的夹子，还有一个弹簧探针。我们在测试纹波电压的时候，抛弃连线夹子，使用接地弹簧作为地线接触点，这样可以形成最小的回路，避免从其他电路获取到非纹波的其他噪声。

如图所示，在测试的时候要保证接触良好，不稳定的接触会带来不确定的测试结果。



2.示波器探头要使用无源探头x1档位

10:1的探头（X10）会把被测信号衰减10倍再送入示波器，然后示波器再对被测信号进行10倍的数学放大。 如果被测信号幅度本身就小，再衰减10倍可能就淹没在示波器的底噪声里了，不能真实的反应出来被测试噪声的情况。所以对于电源纹波噪声的测量应该使用小衰减比的探头，比如1:1的探头。

此外，很多探头1X时的带宽只有不足10MHz，会使高于10MHz的纹波衰减造成实际测试的纹波偏小。所以最好选择不低于20MHz的带有1X的探头测试。

3、 带宽限制：电源纹波噪声测试场合使用20MHz的带宽限制，过滤掉其他高频噪声。很多电磁噪声和示波器的底噪声都是宽带的，设置合适的带宽限制滤除额外的噪声。

4. 测量量程：通常会在小量程档下（比如10mv/格或20mv/格）进行电源纹波的测试。量程打得越大，示波器的底噪声越高，X轴选择100us/格或者1ms/格。

5. 使用示波器的AC耦合功能把直流隔离掉再进行纹波噪声测试，方便观测波形。

6.  输入阻抗：很多示波器有50欧姆和1M欧姆的输入阻抗选择，通常50欧姆输入阻抗下示波器的底噪声更低。纹波测试选择1M欧姆

示波器的设置如下图所示：


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如何用示波器准确地测量电源纹波？

2016-11-01 22:51 | 海洋仪器








测量电源纹波本身有一定技巧性。下图1给出了一个不正确使用示波器测量电源纹波的实例。在这个例子中出现了以下几个错误：一是使用了接地线很长的示波器探头；二是让由探头针和接地线形成的回路靠近功率变压器和开关元件；三是在示波器探针和输出电容之间形成额外的电感。这样的结果带来的问题是在测得的纹波波形中含有拾取的高频成分。

   

图1不正确使用示波器测量电源纹波的实例

在电源中有许多信号很容易耦合到探针中的高速、大电压和电流信号波形，其中包括来自功率变压器的磁场耦合、来自开关节点的电场耦合、以及由变压器交绕(interwinding)电容产生的共模电流。

采用正确的测量技术可切实改善纹波测量的结果。首先，通常会规定纹波的带宽上限，以避免拾取超出纹波带宽上限的高频噪声，应该给用于测量的示波器设定合适的带宽上限（示波器功能为带宽限制）。其次，可以通过摘掉探针的“帽子”（简称探头帽）来去掉接地长引线形成的天线效应。采用有的示波器探头配置的“接地弹簧”（见图2），或者如图3所示，我们把一段短线绕在探针接地引线周围，并使之与电源地相连接。这样做附带的好处是缩短暴露在电源附近高强度电磁辐射中的探针长度，从而进一步减少高频拾取。 

         
     

图2  示波器探头接地弹簧 

 

     图3 一段短线绕在探针接地引线周围

最后，在隔离电源中，真正的共模电流是由在示波器探头接地引线中流动的电流产生的，这就使得在电源地和示波器地之间产生电压降，表现为纹波杂散。要抑制这个纹波杂散，需要在电源设计中仔细考虑共模滤波问题。

此外，把示波器引线绕在铁芯上可减小这个电流，因为这样会形成一个不影响差分电压测量、但可降低由共模电流产生的测量误差的共模电感。图4显示了采用改进测量技术对同一电路得到的纹波电压测量结果。可以看到，高频尖刺杂散干扰已几乎消除。

 

图4 正确使用示波器测量电源纹波的实例

事实上，当电源集成到系统中之后，电源纹波性能甚至会更好。在电源和系统其它部分之间几乎总会存在一定量的电感。电感可能是由导线或在印刷线路板上的蚀刻线形成的，而在芯片附近总会有作为电源负载的附加旁路电容，这两者形成低通滤波效应并进一步降低电源纹波和/或高频噪声。 

举一个极端的例子，由电感量为15nH的长25.4mm的短线和电容量10μF的旁路电容构成的滤波器，其截止频率为400kHz。该实例意味着能大幅减少高频噪声。该滤波器的截止频率比电源纹波频率低很多倍，可以切实降低纹波。聪明的工程师应该在测试过程中设法利用它。

如何使用示波器验证是德电源与时间相关的各项指标
是德科技电源部分的功能性测试主要项目包括：输出纹波及噪声、过压保护截止时间、电源开启以及关闭延时、电源上、下编程时间、瞬态响应恢复时间等。
1. 输出纹波及噪声
理想的直流电压应该是随时间变化恒定不变的固定值，但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不干净，就会有剩余的交流成分，即使是用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。所以直流电源的输出中夹杂的交流成分，从而使输出偏离了我们所希望的电压和电流。通常将该交流成分定义在一个特定的带宽范围内 (20 Hz–20 MHz)，表征为输出噪声。
我们以E36311A电源为例，用示波器MSOX3054A测试这台电源的纹波噪声，由于我们现有表笔是 10：1的，引线也有干扰，通用示波器的本底噪声约为 1-2 mV, 这样，纹波信号基本上全被淹没了，所以必须用1：1的探头，实际操作中我们使用鳄鱼夹线缆代替 1:1的探头。最理想的方法是有额外的差分放大器将输入的纹波放大后进行测量，以确保有足够好的信噪比，但受限于实验室条件，这次实验仅能的表征是德电源的纹波范围。
MSOX3054A 混合信号示波器：500 MHz，4 个模拟通道和 16 个数字通道​www.keysight.com
示波器的耦合方式设置为 AC 耦合，打开带宽限制，垂直分辨率调试成 4mv/格，按下 MEAS键得到峰峰值为 1.31mv，交流有效值为 371uv。
需要注意的是电源的纹波指标测量，需要加上负载，在最高输出状态下测量值，在测试过程中关掉其他测量仪器，将鳄鱼夹的线双绞在一起可以有效降低测量过程中的噪声信号。
这台电源给出的指标是 2mV峰峰值，有效值为 350uVrms，实际测试的性能一般相对会更好一些，性能好的电源纹波在输出几十伏时能达到几百个微伏，一台纹波大的电源可能会有几百毫伏，噪声大的电源除了会降低电源的效率，还会造成电源输出不稳定，比如当用纹波指标不好的电源测试数字电路，有可能会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常的工作。或者在给一些芯片供电时，纹波大的电源会造成芯片不稳定，功能下降，长期工作易导致芯片损坏。
2. OVP过压保护截止时间
由于开关电源本身失控或者其他原因可能会使输出高于允许额定电压值从而导致负载损坏。性能优良的电源通常应该设有过压，过流保护电路。所谓过压保护是指用户可以自行设置输出电压的上限值，过压保护电路必须在电源输出达到此值时，迅速将电源切断。我们测试的过压保护截止时间是说，从过压保护电路监测到电压输出达到保护值时到最终关断输出所需要的时间。
我们以 E3640A电源为例，示波器使用下降沿触发方式，注意触发模式需要设置为标准，因为在这种模式下，只有达到触发条件才会捕捉波形，使显示波形停留在我们想要的瞬间。当使用自动模式，示波器会一直刷屏，强制自己去触发。调整水平分辨率为 5ms/div，垂直分辨率1v/div。我们连接好测试线缆后，通过是德科技 command expert软件程控电源：
图 1 实际发送的 SCPI 指令截图
设置电源 OVP 值为 3 V，当改变输出电压为 3.5 V，可以看到示波器上测试结果:
图 2  OVP过压保护截止时间实测截屏
通过光标测试功能，可以看出 OVP延时约460us。
一般性能优良的电源，OVP 响应时间是几十个微妙，所以可以有效的保护被测件，同样的是德很多电源有 OCP 的功能，即过流保护。当负载短路或者负载电流超过设定值时，对电源本身提供保护。
当然有些电源应用是说当客户使用 OCP 功能时，电源一上电就会有瞬间的浪涌电流导致电源保护关断，如果客户可以接受这个电流，是德有些电源这样的功能就是说可以通过设置 OCP 响应延迟，允许浪涌电流而不进行保护。
3.电源开启关闭延时
电源启动时间为电源供应器从输入接上电源起到其输出电压上升到 90% 为止的时间，以一输出为 5 V 的电源供应器为例，启动时间为从电源开机起到输出电压达到 4.75 V 为止的时间。保持时间为电源供应器从输入切断电源起到其输出电压下降到稳压范围外为止的时间，以一输出为 5 V 的电源供应器为例，保持时间为从关机起到输出电压低于 4.75 V为止的时间。
我们以 E3640A电源为例，用 MSOX3054A 测得结果如下
图 3  E3640A电源开启延时
图 4  E3640A电源关闭延时
输出开启延时约为 5.2 ms，输出关断延时 2.8 ms。这个特性也反映了电源的响应时间，在自动化测试中，很多客户对于电源的速度有很高的要求，E3640A 电源没有给出这个指标，但是通过测试，我们也可以大概知道电源输出响应的速度也是比较快的。
4.电源上编程，下编程时间
一般来说电源都会给出上编程和下编程时间的指标，所谓上编程时间，指的是电源带纯阻负载时，输出电压从额定电压 10% 上升到 90% 为止的时间，当然有些电源也会定义输出电压从 0输出至额定电压 +-1% 以内的时间，具体需要看各个电源的技术指标。
编程的速度取决负载的特性以及电源编程输出值的大小，所以上下编程的指标一般会定义为无负载或者满载条件下。一般来说，下编程输出电容只能通过负载电阻和内部电流源放电、在无负载时，输出电压以一定的的斜率跌落，在到达要求的新输出电压时停止下跌。如果连接的是满载，输出电压将较快地指数下降。
我们以 N6705C电源（电源模块是 N6752A ）为例，使用电源连接至电子负载，设置电子负载 6060B 在 CR 模式，当调节电源电压变化时，用是德示波器 MSOX4154A 测试电源带满负载时的上编程时间和空载时的下编程时间。
图 5 N6752A 电源0-50V满载上编程时间
图5可以看到电源上编程时间为 1.3079ms，该电源 0~50V 上编程指标为 1.5 ms。
图 6 N6752A 电源0-10V满载上编程时间
图6可以看到电源上编程时间为 114.6 us，该电源 0~10 V上编程指标为 0.2 ms。
图 7   N6752A 电源 10V-0V 空载下编程时间
图7可以看到电源下编程时间为 175.6us，该电源 10~0V 下编程指标为 0.3 ms。
图 8 N6752A 电源 50V-0V 空载下编程时间
图 8 可以看到电源下编程时间为 818.2us，该电源 50~0V下编程指标为 1.3 ms。
随着电源应用的不断扩展，很多客户可能需要电源产生任意的波形模拟现实生活中的供电信号，尽可能还原产品在真实情况下的工作状态，这就需要电源作为带功率输出的任意波形发生器，输出一定频率的波形，此时就需要考虑电源的编程时间是否够快，电源产生波形的带宽是受制于电源的编程速度。
5.瞬态响应恢复时间
当负载吸收电流发生跳变的瞬间，就会造成电源输出端的电压瞬间偏离设定值。电源从开始变化开始，恢复到负载改变前设定电压的一定范围之内所需要的时间就是电源瞬态响应恢复时间。
瞬态特性是电源本身固有的特性。电源内部有很多的储能元件，电压的调整需要从输出回读、比较标准电压、调整开关占空比等一系列过程。提高控制回路的速度，可以提供更短的瞬态响应时间。但有可能造成输出非常不稳定，甚至出现振荡，因此，具备快速瞬态响应能力的电源，通常为了保证输出质量，就必须采用一些更为先进的技术，从而提升了成本和价格。
比如在做手机测试时，需要用电源模拟手机电池给手机供电，来测试手机在各种工作模式下的电流电压特性，假设手机从待机状态到呼出状态，相当于负载电流变大，此时由于瞬态特性，电源电压会瞬间降低，再恢复到设置值，那么当降低的电压过大或者恢复时间太慢都会导致手机内部芯片认为电池电压不够而导致手机关机而无法进行测试，所以在进行手机测试时，需要瞬态响应性能优良的电源。
同样的，我们以 E3640A 电源为例，使用电源连接至电子负载，设置电子负载在 CR 模式，当调节负载变化时，用示波器测试电源瞬态响应时间。
图 9 E3640A 电源瞬态响应特性
图9和图10可以看到电源瞬态恢复时间为 50.16 us，跌落电压幅值约 27 mv。下图为电源瞬态恢复时间为 50.16 us，过冲电压幅值约 22.68 mv。
这台电源给出的指标是瞬态恢复时间为50 us，是德专门做移动通信测试的电源 66319D 的瞬态响应时间为 20 us，也就是说瞬态恢复时间更快，这也是为什么手机测试电源的客户会非常关注这个指标。
图 10 E3640A 电源瞬态响应特性
通过以上的实验,让我们对于是德的电源性能更加有信心，为日常的工作中提供更加稳定的测试保障。同时也可看出是德的示波器其清晰细腻的可视界面，方便易用的测量功能，以及快捷的图片保存功能。
同时，如果您想获得更复杂的电源测量功能，是德的示波器也能帮助您。以是德科技的 3000X系列示波器为例，您只需安装一个功率测 DSOX3PWR选件，就可以帮你完成以下功能：
输入线路分析
谐波电流
功率因数
有效/视在功率
波峰因数
相位角
根据 IEC61000-3-2（A、B、C 和 D 类）标准执行预先一致性测试
浪涌电流
功率器件分析
开关损耗
dV/dt 转换速率
di/dt 转换速率
调制分析
脉冲宽度/时间
占空比/时间
周期/时间
频率/时间
输出分析
输出纹波
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Command Expert 软件​www.keysight.com
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