示波器如何测量电源纹波,示波器的注意事项有哪些?纹波是电源的核心指标,但如何准确测量纹波确实是一个被广泛忽视的问题。也许你认为这是示波器的交流耦合,然后将探头指向电源?事实远非如此。本文为您提供了纹波测试的正确方法。
探头的选择
十多年前,许多公司的电源测试标准都有明确规定,要求使用1:1探头进行测量。因为这个探头不会失去示波器的测量档位,例如示波器的最小档位是2mv/div,使用1:1探头仍然可以通过这个齿轮测量纹波,也就是说,可以准确测量10mv里面的纹波。但是因为这个探头的带宽只能达到6MHz因此,随着开关电源频率的增加,这种探头不再适合使用。
目前常用的电源测量探头是10:1.100:1无源探头.高压差分探头。在选择探头时,首先要考虑电压范围,被测电压不应超过探头允许的范围。例如,一般10:1无源探头的低频耐压值为300VRMS,而且随着频率的增加而减少。如图1所示。测量信号的电压范围在使用前应在此范围内。不能正确测量。
图10:1:1无源探头输入额定电压曲线
此外,还需要考虑探头衰减比对底部噪声的放大,以确定信号的真实有效部分。探头测量的示意图如图2所示Gn1是一个虚拟的噪声源,表示示波器的低噪声,而示波器的低噪声Gn2表示探测器的底部噪声。由于信号被探测器衰减,为了恢复真实信号的大小,示波器将进一步放大信号,此时Gn1和Gn随之而来的是放大,其放大倍数是衰减比的倒数。因此,衰减倍数越大,其测量系统的底部噪声就越大。
图2底噪放大示意图
比如用500:1高压差分探头测量,示波器底部的噪声是1mv,探头噪声为1mv,这样累加的噪声是2mv,经过500倍的放大,其原始噪声达到100倍V。这个时候需要考虑,1V噪音是否在允许范围内。如果你的测量系统纹波本身只有1V或更小,那1V显然,噪音是不允许的。
选择接地方式
在传统的使用习惯中,示波器的接地方式是长接地夹线。如图3所示,这种接地方式确实是一种简单方便的接地方式,但并不严格.准确的接地方式。
图3接地夹线示意图
由于地夹线较长,会形成寄生电感Lgnd,随着夹紧线的增加,这种电感也会增加,这种电路电感增加示波器探头的输入电容Cin产生谐振。因此,示波器的幅频特性变得不均匀,导致测量不准确。其等效电路如图4所示:
图4接地夹线等效电路
但这并不是最致命的接地线。开关电源,随着开关管的打开和关闭,不仅产生电源纹波,而且产生大量的电磁干扰,通过空间辐射,这部分辐射将通过接地线和探头形成的线圈接收,加上示波器是高电阻输入,导致这部分信号对测量的干扰非常大。虽然电磁干扰也可以说是电源的一个参数,但这部分信号不能通过示波器探头准确测量,测量值毫无意义。
图5电磁辐射示意图
由于以上两点,在测试电源纹波时,不应使用接地夹紧线,而应使用接地弹簧。如图6所示,这不仅降低了回路电感,从而保证了良好的幅频特性,而且减少了电磁辐射的引入。
图6接地弹簧示意图
若采用高压差分探头,则应将两条输入线双绞在一起,如图7所示,以减少回路面积。
图7高压差分探头输入线双绞图
应用滤波器
上述两种情况是有效提高测量结果真实性的方法。然而,在某些情况下,我们不能按照这两点进行操作。例如,高压差分探头通常有两种衰减比可供选择:50:1(MAX130V).500:1(MAX1300V)。如果测量的电压是200V,这时发现只能选择500:1的探头衰减比。根据第一部分的计算,底部噪声为1。V左右两侧,底部噪声有点太大,会影响最终结果。例如,在某些测量条件下,固定接地弹簧不方便,但必须使用接地夹线固定,但会引入大量电磁辐射干扰。
此时需要使用滤波器。噪声和电磁辐射的干扰与正常信号相同,也分为频段。如果我们过滤掉一些频段的噪声,底部噪声和辐射干扰可以大大降低。但是我们不想过滤掉我们关心的信号,所以我们需要使用低通滤波器。
示波器将有一个20M带宽限制的功能是从一堆混乱的信号中提取相关信号,以减少底部噪声和辐射干扰。然而,随着开关电源频率的增加和频率的多样化,一个固定的20M显然,带宽限制已经不够了。系列示波器集成了一个强大的数字滤波器功能,其通频可以任意设置,高达200MHz。图8和图9是滤波器对底部噪声和电磁辐射干扰的抑制作用。
当你测量时,你只需要估计你想要测量的频率范围,然后设置一个数字滤波器,这样你的示波器就可以有更低的底部噪音。使测量更加准确。
结果的分析
测量电源纹波后,示波器还具有许多后期数据分析功能,如峰峰统计.最大值统计.最小值统计等。还有强大的FFT功能。我们可以通过FFT功能:分析获得的纹波波形的频率,以便准确了解每个频点的噪声大小。这样,开关引起的纹波尺寸可以更准确地获得。
这里有一些测量电源纹波的注意事项,总结如下:
1.探头的选择需要结合探头的耐压范围和被测信号的电压范围来选择,同时还要考虑探头衰减比对底部噪声的放大作用。
2.在选择接地方式时,应尽量减少接地回路,如使用接地弹簧。这样既可以改善频曲线,又能减少电磁辐射的干扰。
3.灵活使用数字滤波器,将我们需要的信号从“纷纷扰扰”从噪声中提取。使结构更加精确。
4.通过FFT在开关频率上,可以更准确地测量噪声大小。
以上便是示波器如何测量电源纹波,示波器的注意事项。示波器具有灵活的数字滤波器和强大的数字滤波器FFT在大多数电源测量场景中,功能可以完美地使用。示波器还具有强大的环路分析功能,可以进一步分析电源,使电源能够兼顾稳定性和快速响应。