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作为高压直流稳压电源电路设计工程师的你分得清什么是谐波、纹波、噪声?

纹波

纹波:是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号。指在额定输出电压、电流的情况下,输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压,是指输出直流电压中含有的工频交流成分。

噪声

噪声:对于电子线路中所标称的噪声,可以概括地认为,它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号,称为噪声。但是,一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关,因而,后来人们逐步扩大了噪声概念。例如,把造成视屏幕有白斑条纹的那些电子信号也称为噪声。可能以说,电路中除目的的信号以外的一切信号,不管它对电路是否造成影响,都可称为噪声。例如,电源电压中的纹波或自激振荡,可对电路造成不良影响,使音响装置发出交流声或导致电路误动作,但有时也许并不导致上述后果。对于这种纹波或振荡,都应称为电路的一种噪声。又有某一频率的无线电波信号,对需要接收这种信号的接收机来讲,它是正常的目的信号,而对另一接收机它就是一种非目的信号,即是噪声。在电子学中常使用干扰这个术语,有时会与噪声的概念相混淆,其实,是有区别的。噪声是一种电子信号,而干扰是指的某种效应,是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声,却不一定就有干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的,而是一种噪声。但由于电路特性关系,这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱,所以可以认为是没有干扰。

当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时,该噪声电压就称为干扰电压。而一个电路或一个器件,当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压,称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。一般说来,噪声很难消除,但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度,以使噪声不致于形成干扰。

谐波

谐波:是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲,由于交流电网有效分量为工频单一频率,因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。

谐波产生的原因:由于正弦电压加压于非线性负载,当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,基波电流发生畸变就形成非正弦电流,即电路中有谐波产生。主要非线性负载有UPS、高压直流稳压电源、整流器、变频器、逆变器等。

今天此篇文章主要讲解高压直流稳压电源中的纹波和噪声

高压直流稳压电源(包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块)与线性电源相比较,最突出的优点是转换效率高,一般可达80%~85%,高的可达90%~97%;其次,高压直流稳压电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器,不仅重量减轻,体积也减小了,因此应用范围越来越广。但高压直流稳压电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态,输出的纹波和噪声电压较大,一般为输出电压的1%左右(低的为输出电压的0.5%左右),最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV;而线性电源的调整管工作于线性状态,无纹波电压,输出的噪声电压也较小,其单位是μV。

简单地介绍高压直流稳压电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。

纹波和噪声产生的原因

高压直流稳压电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动,与高压直流稳压电源的开关动作有关。每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与高压直流稳压电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。

噪声的产生原因有两种,一种是高压直流稳压电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入高压直流稳压电源或者通过电源线输入高压直流稳压电源。

高压直流稳压电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成,也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多,噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与高压直流稳压电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。

利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。

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图1 纹波和噪声的波形

纹波和噪声的测量方法

纹波和噪声电压是高压直流稳压电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法,它能精准地测出纹波和噪声电压值。

由于高压直流稳压电源的品种繁多(有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等),但是各生产厂家都采用示波器测量法,仅测量装置上不完全相同,因此各厂对不同高压直流稳压电源的测量都有自己的标准,即企业标准。

用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图2所示。它由被测高压直流稳压电源、负载、示波器及测量连线组成。有的测量装置中还焊上电感或电容、电阻等元件。

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图2 示波器测量框图

从图2来看,似乎与其他测波形电路没有什么区别,但实际上要求不同。测纹波和噪声电压的要求如下:


● 要防止环境的电磁场干扰(EMI)侵入,使输出的噪声电压不受EMI的影响;

● 要防止负载电路中可能产生的EMI干扰;

● 对小型开关型模块电源,由于内部无输出电容或输出电容较小,所以在测量时要加上适当的输出电容。


为满足第1条要求,测量连线应尽量短,并采用双绞线(消除共模噪声干扰)或同轴电缆;一般的示波器探头不能用,需用专用示波器探头;并且测量点应在电源输出端上,若测量点在负载上则会造成极大的测量误差。为满足第2点,负载应采用阻性假负载。


经常有这样的情况发生,用户买回的高压直流稳压电源或模块电源,在测量纹波和噪声这一性能指标时,发现与产品技术规格上的指标不符,大大地超过技术规格上的性能指标要求,这往往是用户的测量装置不合适,测量的方法(测量点的选择)不合适或采用通用的测量探头所致

几种测量装置

1双绞线测量装置

双绞线测量装置如图3所示。采用300mm(12英寸)长、#16AWG线规组成的双绞线与被测高压直流稳压电源的+OUT及-OUT连接,在+OUT与-OUT之间接上阻性假负载。在双绞线末端接一个4TμF电解电容(钽电容)后输入带宽为50MHz(有的企业标准为20MHz)的示波器。在测量点连接时,一端要接在+OUT上,另一端接到地平面端。

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图3 双绞线测量装置


这里要注意的是,双绞线接地线的末端要尽量的短,夹在探头的地线环上。

2 平行线测量装置

平行线测量装置如图4所示。图4中,C1是多层陶瓷电容(MLCC),容量为1μF,C2是钽电解电容,容量是10μF。两条平行铜箔带的电压降之和小于输出电压值的2%。该测量方法的优点是与实际工作环境比较接近,缺点是较容易捡拾EMI干扰。

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图4 平行线测量装置

3 专用示波器探头

图5所示为一种专用示波器探头直接与波测电源靠接。专用示波器探头上有个地线环,其探头的尖端接触电源输出正极,地线环接触电源的负极(GND),接触要可靠。

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图5 示波器探头的接法

这里顺便提出,不能采用示波器的通用探头,因为通用示波器探头的地线不屏蔽且较长,容易捡拾外界电磁场的干扰,造成较大的噪声输出,虚线面积越大,受干扰的影响越大,如图6所示。

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图6 通用探头易造成干扰

4 同轴电缆测量装置

这里介绍两种同轴电缆测量装置。图7是在被测电源的输出端接R、C电路后经输入同轴电缆(50Ω)后接示波器的AC输入端;图8是同轴电缆直接接电源输出端,在同轴电缆的两端串接1个0.68μF陶瓷电容及1个47Ω/1w碳膜电阻后接入示波器。T形BNC连接器和电容电阻的连接如图9所示。

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图7 同轴电缆测量装置1

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图8 同轴电缆测量装置2

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图9 T形BNC连接器和电容电阻的连接

纹波和噪声的测量标准

以上介绍了多种测量装置,同一个被测电源若采用不同的测量装置,其测量的结果是不相同的,若能采用一样的标准测量装置来测,则测量的结果才有可比性。

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图10 测量标准的测量装置

国家标准规定在被测电源输出正、负端小于150mm处并联两个电容C2及C3,C2为22μF电解电容,C3为0.47μF薄膜电容。在这两个电容的连接端接负载及不超过1.5m长的50Ω同轴电缆,同轴电缆的另一端连接一个50Ω的电阻R和串接一个4700pF的电容C1后接入示波器,示波器的带宽为100MHz。同轴电缆的两端连接线应尽可能地短,以防止捡拾辐射的噪声。另外,连接负载的线若越长,则测出的纹波和噪声电压越大,在这情况下有必要连接C2及C3。若示波器探头的地线太长,则纹波和噪声的测量不可能精确。

另外,测试应在温室条件下,被测电源应输入正常的电压,输出额定电压及额定负载电流。

减小纹波和噪声电压的措施

高压直流稳压电源除开关噪声外,在AC/DC转换器中输入的市电经全波整流及电容滤波,电流波形为脉冲,如图11所示(图a是全波整流、滤波电路,b是电压及电流波形)。电流波形中有高次谐波,它会增加噪声输出。良好的高压直流稳压电源(AC/DC转换器)在电路增加了功率因数校正(PFC)电路,使输出电流近似正弦波,降低高次谐波,功率因数提高到0.95左右,减小了对电网的污染。电路图如图12所示。

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图11 高压直流稳压电源整流波形

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图12 高压直流稳压电源PFC电路

高压直流稳压电源或模块的输出纹波和噪声电压的大小与其电源的拓扑,各部分电路的设计及PCB设计有关。例如,采用多相输出结构,可有效地降低纹波输出。现在的高压直流稳压电源的开关频率越来越高;低的是几十kHz,一般是几百kHz,而高的可达1MHz以上。因此产生的纹波电压及噪声电压的频率都很高,要减小纹波和噪声最简单的办法是在电源电路中加无源低通滤波器。

1 减少EMI的措施

可以采用金属外壳做屏蔽减小外界电磁场辐射干扰。为减少从电源线输入的电磁干扰,在电源输入端加EMI滤波器,如图13所示(EMI滤波器也称为电源滤波器)。

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图13 高压直流稳压电源加EMI滤波

2 在输出端采用高频性能好、ESR低的电容

采用高分子聚合物固态电解质的铝或钽电解电容作输出电容是最佳的,其特点是尺寸小而电容量大,高频下ESR阻抗低,允许纹波电流大。它最适用于高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器及DC/DC模块电源作输出电容。例如,一种高分子聚合物钽固态电解电容为68μF,其在20℃、100kHz时的等效串联电阻(ESR)最大值为25mΩ,最大的允许纹波电流(在100kHz时)为2400mArms,其尺寸为:7.3mm(长)×4.3mm(宽)×1.8mm(高),其型号为10TPE68M(贴片或封装)。


纹波电压ΔVOUT为:

ΔVOUT=ΔIOUT×ESR        (1)

若ΔIOUT=0.5A,ESR=25mΩ,则ΔVOUT=12.5mV。

若采用普通的铝电解电容作输出电容,额定电压10V、额定电容量100μF,在20℃、120Hz时的等效串联电阻为5。0Ω,最大纹波电流为70mA。它只能工作于10kHz左右,无法在高频(100kHz以上的频率)下工作,再增加电容量也无效,因为超过10kHz时,它已成电感特性了。

某些开关频率在100kHz到几百kHz之间的电源,采用多层陶电容(MLCC)或钽电解电容作输出电容的效果也不错,其价位要比高分子聚合物固态电解质电容要低得多。

3 采用与产品系统的频率同步

为减小输出噪声,电源的开关频率应与系统中的频率同步,即高压直流稳压电源采用外同步输入系统的频率,使开关的频率与系统的频率相同。

4 避免多个模块电源之间相互干扰

在同一块PCB上可能有多个模块电源一起工作。若模块电源是不屏蔽的、并且靠的很近,则可能相互干扰使输出噪声电压增加。为避免这种相互干扰可采用屏蔽措施或将其适当远离,减少其相互影响的干扰。

5 增加LC滤波器

为减小模块电源的纹波和噪声,可以在DC/DC模块的输入和输出端加LC滤波器,如图14所示。图14左图是单输出,图14右图是双输出。

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图14 在DC/DC模块中加入LC滤波器

在表1及表2中列出1W DC/DC模块的VIN端和VOUT端在不同输出电压时的电容值。要注意的是,电容量不能过大而造起动问题,LC的谐振频率必须与开关频率要错开以避免相互干扰,L采用μH极的,其直流电阻要低,以免影响输出电压精度。


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表1和表2

6 增加LDO

在高压直流稳压电源或模块电源输出后再加一个低压差线性稳压器(LDO)能大幅度地降低输出噪声,以满足对噪声特别有要求的电路需要(见图15),输出噪声可达μV级。

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图15 在电源中加入LDO

由于LDO的压差(输入与输出电压的差值)仅几百mV,则在高压直流稳压电源的输出略高于LDO几百mV就可以输出标准电压了,并且其损耗也不大。

7 增加有源EMI滤波器及有源输出纹波衰减器

有源EMI滤波器可在150kHz~30MHz间衰减共模和差模噪声,并且对衰减低频噪声特别有效。在250kHz时,可衰减60dB共模噪声及80dB差模噪声,在满载时效率可达99%。

输出纹波衰减器可在1~500kHz范围内减低电源输出纹波和噪声30dB以上,并且能改善动态响应及减小输出电容。

很多人在测试纹波和噪声时往往会出现上百mv,或者几百mv,远远比说明书提供的纹波值大很多,这主要是测试方法不正确造成的。造成对纹波测试的几点误区。

误区一:测试带宽的选择,带宽越大测试越准确

这种认为是不正确的。输出纹波的频率和电源的开关频率相同,而开关频率目前一般从几十KHZ到几MHZ,另外由开关器件所造成的干扰也小于20MHZ,带宽限制在20MHZ,也是避免外界的高频噪声影响纹波的测试。一般情况下,模块使用说明书都会提到该模块在测试纹波时所选用的示波器测试带宽。通常没有特殊说明,纹波测试的带宽一般设定为20MHZ。目前市面上的示波器都有20MHZ带宽限制功能。

误区二:测试方法的选择

测试方法的选择在目前是存在较大争议的,同一个模块采用不同的测试方法会得到不同的结果。目前行业内普遍流行的有靠测法、双绞线法、平行线法、50欧同轴电缆测试四种方法,其目的只有一个,就是真实客观的测试模块的输出纹波。而用户在使用中因为种种客观因素一般采用的是甩线法,就是拿示波器探头、地线夹直接接在模块的输出管脚测试,这种方法不能说不正确,但会对测试结果带来很大的不同,一般可达到上百或者几百毫伏的纹波。 

示波器探头的地线长度约13cm,自身电感约为80nH,共模电流会在地线夹子上产生一定量不可忽略的尖峰电压。在实际测试时,地线夹通常会以环形出现,所以很容易接收到空间辐射。测试端子和地线夹构成的环路就像天线一样在工作,地线环的面积越大,开关过程中获取的噪声就越大,影响到纹波的正确测试。为减小地线夹过长所造成的影响,探头应该直接靠在输出管脚两端,这样信号和地相连处的地线环面积就很小了,这就是靠测法。测试时去掉示波器探头的地线夹和探头帽子,直接靠在输出管脚上进行测试,如果输出管脚间距稍大,示波器探头不能直接靠上,可以用自制地线环进行测试,如下图所示。

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(左)使用地线夹直接测试 (右)采用靠测法测试

对于一些需要低纹波输出的特定场合,需要采取特定的设计方案,采用甩线法测试也能得到比较小的纹波。西安伟京电子制造江苏快3专家计划推出了两款输入16VDC—40VDC,输出5VDC、12VDC、15VDC、±5VDC、±12VDC、±15VDC 六种输出电压,输出功率15W,内置输入滤波器输出低纹波的高可靠军用电源模块,一种采用全金属气密性封装,一种采用优良导热灌封胶的五面体金属结构,两种模块采用甩线法测试20MHZ带宽,纹波在20—50mv,并且该模块不用外加滤波器可以通过GJB151-97中CE102的要求。

关于测试带宽高压直流稳压电源电路设计工程师的问答

高压直流稳压电源电路设计工程师疑问

测试电源纹波和噪声的时候,选择20MHZ的带宽是为了测试电源自身是否满足要求,对于电源这种低频信号而言,20MHZ带宽已经足够了。有一疑问:为什么不在示波器上选择全带宽?选择全带宽是怕受到高频信号的干扰,而无法测试出电源本身的问题?但是电源对于电路板而言很重要,如果高频信号也对此有大的干扰,那么电路板就不能正常工作,是不是也应当测试高频信号对电源的干扰?

我个人认为,为了准确的测量电源纹波信号,就需要把直流以上的噪声完全测试出来,所以不进行带宽限制是最好的,不知道我这个观点是否正确?我的问题的出发点就是想尽量准确的把IC端电源噪声测量出来。如果来一个20M的 带宽限制,其测试到的结果明显偏小,就反应不了真实的情况。此时,很有可能随着IC的门电路的翻转,电源上有20M以上,且幅度比较大的噪声存在,这个噪声有可能使IC的输出特性变差。如果我测不到这个噪声,我就可能无法找出合适的电容来把这个噪声滤掉,从而不能解决电源噪声引起的问题。不知我的这个理解是否正确?

高压直流稳压电源电路设计工程师1

选择20M的目的只是要将纹波测试出来,这个是电源的指标。但是对于单板来讲,测试电压的纹波还是需要使用全带宽去测试,验证单板电源的稳定性。

高压直流稳压电源电路设计工程师2

因为电源的纹波和噪声主要来自开关管,而电源的开关管工作在40多KHz,所以选择20MHz的带宽来测试。

高压直流稳压电源电路设计工程师3

扰在电路板中主要指的是EMI问题,从能量的角度考虑,电源的能量是最强的,它可以产生很强的磁场,对其它信号的干扰最大,而高频信号的电压一般在700mv左右,且信号能产生的磁场很弱,相对于电源而言,对电源的影响很小,可以不计。

高压直流稳压电源电路设计工程师4

对于电源纹波和噪声,个人认为电源纹波应该使用20MHz的带宽来测试,而测试噪声的时候,要使用全带宽的来测试。原因是:对于纹波来讲,是电源输出的时候,电源自身的开关频率引起的,而在测试的时候使用20MHz的带宽,就是为了把高频的噪声去掉,为了抓到真实的纹波。而对噪声来讲,要分选取的测试点,一般测试芯片的电源输入的是放在芯片的接收端,在接受端测试实际的电源噪声,一般是有一定的范围要求的,如果超过这个要求,也是需要处理的。而在问题中担心高频噪声在电源自身有影响,这个基本不用担心,在电源的输出端一般都是有小的滤波电容进行滤除高频的噪声,如果测试电源输出端有很大的噪声,建议需要处理一下,用小电容将这部分滤掉。

高压直流稳压电源电路设计工程师5

要把纹波和噪声分开来看,纹波是由电容的充放电,PWM调解产生(当然,这里也有一部分低频噪声),一次电源的波纹还和50HZ的工频有关。就像问题中所说的那样,电源的频率很低,20MHZ保证测出来的是电源本身的问题,而不是高频干扰。而在噪声的测试中,是要求把示波器打到全带宽的,这样来捕获全带宽下高压直流稳压电源的噪声。而在定义噪声的指标时,一般要考虑噪声和直流压降一起对后端用电芯片的影响,也就是说,噪声要占用直流压降的工作范围。因此,的确要测试高频信号对后端用电芯片的影响,而这一影响,就用噪声来体现。以上是我对纹波噪声的理解,里面会有一错误和遗漏的地方,请指出,谢谢!

高压直流稳压电源电路设计工程师6

对于电源噪声,我认为在单独的对电源电路进行测试时,需要进行20MHz限制,这样可以发现电源本身有没有问题,整版的测试需要在电源OK的基础上进行。一般情况下,我们会在IC的power脚都会加0.1uF进行退耦处理,这个处理其实就是对耦合到电源上的高频杂波的滤除。当然,如果可以在全带宽的情况通过spec要求,这个就更好了。其实谈到0.1uF的退耦,我有个疑惑,为什么目前电路速度越来越快,但是0.1uF雷打不动?0.1uF究竟对哪个频段工作最有效?在整版都跑1G/2.5G甚至10G的情况下,有没有必要将这颗电容值减小?期待得到你的帮助,谢谢!

高压直流稳压电源电路设计工程师7

纹波和噪声的测试首选使用同轴电缆纹波需要选择20M带宽,噪声的测试需要使用全频带,因为有时信号需要以电源平面作为参考面走线,必要时 使用频谱分析仪分析高频噪声的频段。

高压直流稳压电源电路设计工程师8

示波器在模拟前端和数字化过程中会存在垂直噪声,示波器是测量仪器,示波器带宽越宽,垂直噪声就越大,而严重的垂直噪声会影响如下几点:       

1.引入幅度测量误差; 

 2。引入sin(x)/x波形重建不确定度; 

3.引入作为输入信号沿压摆率函数的定时误差(抖动);      

4。造成可观测到的不良胖波形;

因此,不将示波器设置成全带宽,恰恰是避免,示波器的本底噪声加入到电源中。 

    我觉得,高频信号不会对电源产生干扰,电源或者更多的是地,会是高频信号串扰的一个载体。电路设计中,会在电源出,并上10uf、1uf并联起来的电容,正式为了避免高频信号通过电源串扰到电路其他地方。

高压直流稳压电源电路设计工程师9


一般认为5M以下为电源纹波,这个纹波主要是电源的贡献(关于这块,我认同问题中说法)。对于纹波的要求一般是1%以下;     5M以上一般认为是噪声,也就是问题中说的高频信号,对于噪声一般是要求3%~5%。个人认为噪声主要是来自板上器件,这个噪声主要还是针对电源网络而言。 

所以个人认为示波器设置20M测试的纹波测的是电源模块输出电源的质量,而示波器的全带宽测的是整个电源网络的电源质量,所以对电源质量要求比较高的器件(如锁相环,A/D等)全带宽的测试也是有必要的。

高压直流稳压电源电路设计工程师10


示波器测量电源纹波时,因为使用接地线很长的示波器探针、或者让由探针和接地线形成的回路靠近功率变压器和开关元件等情况,使示波器耦合进了一些高频干扰,这是由示波器本身的原因引入的,并不是电源输出的纹波成分,为了测量准确,所以要将对带宽有所限制,不能选择全带宽。 

选择全带宽是怕受到高频信号的干扰,而无法测试出电源本身的问题。 

为了保证电路板和电源正常工作,根据实际情况一般要采取在电源输出端或(和)电路板输入端加低通滤波、关键部件屏蔽等措施。电源的抗干扰能力最终也是通过测量纹波和噪声反映出来

高压直流稳压电源电路设计工程师11

这个疑问很有道理的,在我们测试中,我们知道电源板内基本都是低频信号,  最高频莫过于控制芯片的时钟。当然不可否定电源其他干扰源的影响,这些在EMC实验中都会做实验的;另外,电源输出测试,我们也测试20M带宽、200M带宽下信号和纹波,这我们都有标准的, 两个带宽下得测试只是在示波器带宽切换而已,非常容易,测试一下,但也无妨。

高压直流稳压电源电路设计工程师12


关于电源(模块电源)噪声和纹波的测量: 

测试方法是:纹波测试是采用20MHZ限制带宽测试,时间格设置在高压直流稳压电源PWM频率左右。纹波是抓高压直流稳压电源输出电压的波动。噪声测试必须采用全带宽测试,要求时间格在200nS/DIV;一般是抓比开关频率高的杂波或者余波。 

在系统板卡的模块上一般来说,纹波影响芯片的基本性能和稳定性。噪声影响收发数据可靠性,丢包,错包概率。

高压直流稳压电源电路设计工程师13


我对这一次的问题很感兴趣,因为我在测我电路板上的高压直流稳压电源的时候 就发现开关噪声很大,这种噪声不同于纹波,在开关状态变化时均会出现, 通过很多努力,均未能消除。后来,采用接地环测试,也就是缩短试波器探 头的接地线之后,发现测量到的开关噪声就减小了很多。由此判断,我之前 测到的噪声应该是高压直流稳压电源的空间干扰。后来听别人说,测纹波是要把示波 器的带宽调到20MHz, 我想可能是因为,测试电源时主要是测其电路上的指 标,故使用20MHz带宽,可滤除空间干扰。 

不知道是这个原因吗?

高压直流稳压电源电路设计工程师14

关于这个问题,我的看法是:选择全带宽是怕受到高频信号的干扰,而无法测试出电源本身的问题。但这个高频信号是从场空间通过示波器探头耦合进去的,并不是电源自身产生的。所以电源供电的电路板可以正常工作,测试电源时也无须测试高频信号对电源的干扰。但是现在有的高压直流稳压电源为了提高效率,单位功率等指标,将开关频率做得很高,如Vicor的电源好多开关频率都在1MHz左右,此时对电台等对频段敏感的应用,就需要全波段考查,否则会引起频段混叠,电台收发出错。

高压直流稳压电源电路设计工程师15

业界一般都是使用20MHz带宽测量的电源模块/DC-DC等主供电设备电源输出噪声的,如果测量IC管脚处的噪声,则另当别论。电源噪声(纹波): 噪声包含很多种的成分(底噪,文波等),是一个笼统的说法。纹波代表有固定频率的波, 在电源里主要是开关频率对应的噪声(纹波),故有时电源噪声和纹波通用。一点个人见解,未必准确。

高压直流稳压电源电路设计工程师16


其实在实际的工程开发测试在中,测试是更有针对性的,所以,以下观点我不是很赞同。实际的测试中会包括两部分:纹波测试机噪声测试。而噪声测试就是你所提到的不做带宽限制,最大可能获取真实情况。

高压直流稳压电源电路设计工程师17


您好!我前几天在公司内组织过一次纹波测试方面的讨论,感觉精确的测量纹波对操作者的要求比较高,需要考虑的因素很多,导致测试的一致性较差。同样的一个电路,换个人测,结果偏差就会较大,花了很大力气测出来的结果却不能让人信服! 

我想问个问题,网上有人提到日本的一个纹波测量标准 JEITA-RC9131A,它的适用性怎么样?谢谢!

高压直流稳压电源电路设计工程师18(来自三星)


大家知道,对于电源系统来说(PDS),主要包括Source端(VRM) 和Sink端 (Chip)对于Source端来讲,我们测试的是电源输出的纹波,示波器选择20MHZ的原因是在Source端有很多电源本身的Noise Source,比如说FET,还有电感,如果用全带宽的话,几乎大部分Noise Source都会耦合到探头上面来,这样的话我们根本测试不到真正电源输出纹波。    对于Sink端来讲,相对就比较负责,我们不仅要考虑电源模块本身的Noise,还要考虑PDS中的其他因素,比如Power Plane的谐振,比如其他noise(VDC之类)耦合到Power Plane,比如芯片本身的SSN等等,这个时候如果我们用20MHZ带宽的话,反而会遗漏掉很多电源NOISE,从而影响PI效果。 

所以,我觉得在Power Source端,应该用20MHZ带宽去测试,而在SINK端得PI测试,则需要全带宽去测试(当然,也不能用太高的带宽,从经验来看,1GHz~2。5GHz的示波器比较合适。

高压直流稳压电源电路设计工程师19(来自ZTE)


对于单纯的电源产品,20MHz已经足够了,这是因为电源主要的功能是输出一个恒定的电压,基本上是一个直流环境,过程中不会涉及到更高速的电路;对于数字电路板上的电源,我个人还是觉得高一点带宽比较好。我们可以从设计角度想一下,随着用电器件内驱动、接收开关变化,电源网络上的电流也会随之变化,电流的变化也引起了电压的波动,这一部分的噪声占电源噪声的很大比重。为了抑制这种噪声,我们会在电源网络上放置一定规格、数量的去耦电容,来保证这个电源网络的阻抗在有效频率内是低于目标阻抗的,从而确保电源噪声是满足要求的,这个要求是两维的。对应的,电源噪声也应该是两维的:噪声大小和有效频率。这个有效频率设置到多大没有定论,但是目前主流的数字电路板上去耦一般会设计到百兆数量级,我个人觉得数字电路板上的电源噪声测试带宽应该是与此一个数量级。

高压直流稳压电源电路设计工程师20(来自ZTE)


看了邮件,觉得电源噪声说法太笼统,看文章的内容,题目应该是:PDN的∆I噪声测量。有两层含义:其一,测试点在非理想电源地平面上,非电源模块侧;其二,噪声来源应该是IC的开关造成的。 要把评价电源模块噪声特性与评价PDN的概念区分开来。 

电源噪声/电源纹波的说法容易产生歧义,电源工程师关心的是电源模块本身的噪声与纹波指标,SI/PI工程师更关注PDN(电源分配网络)的噪声指标,这个噪声是由于IC的开关造成的,业界也称为∆I噪声,有个经典的公式说明PDN的噪声来源:其一是dI,其二是供电回路电感L(在回路非理想时,阻抗不为零,电感是一定有的),PI设计就是尽可能控制这个L。  

PDN的测试结果应该是含高压直流稳压电源模块噪声的,高压直流稳压电源本身的噪声在频域和∆I噪声是可以区分开来的。

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