某用戶在用500MHz帶寬的示波器對(duì)其開關(guān)電源輸出5V信號(hào)的紋波進(jìn)行測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)紋波和噪聲的峰峰值達(dá)到了900多mV（如下圖所示），而其開關(guān)電源標(biāo)稱的紋波的峰峰值<20mv。雖然用戶電路板上后級(jí)還有LDO對(duì)開關(guān)電源的這個(gè)輸出再進(jìn)行穩(wěn)壓，但用戶認(rèn)為測(cè)得的這個(gè)結(jié)果過大，不太可信，希望找出問題所在。

問題分析

電源紋波測(cè)試過大的問題通常和使用的探頭以及前端的連接方式有關(guān)。首先檢查了用戶探頭的連接方式，發(fā)現(xiàn)其使用的是如下面左圖所示的長(zhǎng)的鱷魚夾地線，而且接地點(diǎn)夾在了單板的固定螺釘上，整個(gè)地環(huán)路比較大。由于大的地環(huán)路會(huì)引入更多的開關(guān)電源造成的空間電磁輻射噪聲以及地環(huán)路噪聲，于是更換成如下面右圖所示的短的接地彈簧針。

過實(shí)際測(cè)試，發(fā)現(xiàn)測(cè)得的紋波噪聲的峰峰值有很大改善，如下圖所示。但紋波噪聲的峰峰值仍然有40多mV，和開關(guān)電源廠商標(biāo)稱的<20mV仍有較大差異。

進(jìn)一步檢查用戶使用的探頭的型號(hào)，發(fā)現(xiàn)用戶使用的是示波器標(biāo)配的10:1的無源探頭。如下圖所示。

10:1的探頭會(huì)把被測(cè)信號(hào)衰減10倍再送入示波器，然后示波器再對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行10倍的數(shù)學(xué)放大。這種探頭的好處是通過前面的匹配電路提升了探頭帶寬可以到幾百M(fèi)Hz，而且擴(kuò)展了示波器的量程，但是對(duì)于小信號(hào)的測(cè)量不是特備有利。如果被測(cè)信號(hào)幅度本身就小，再衰減10倍可能就淹沒在示波器的底噪聲里了，即使再做10倍的數(shù)學(xué)放大，對(duì)于信噪比本身也是沒有改善的。所以對(duì)于電源紋波噪聲的測(cè)量應(yīng)該盡量使用小衰減比的探頭，比如1:1的探頭。于是另外找了一個(gè)1:1無源探頭，這種1:1的無源探頭雖然帶寬不高（通常幾十MHz），但衰減比小，對(duì)于小信號(hào)測(cè)試非常合適。

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下圖是換用1:1的無源探頭后，和10:1 探頭在不同帶寬限制下的對(duì)比測(cè)試結(jié)果。可以看到，使用1:1探頭并設(shè)置20MHz帶寬限制后，測(cè)量到的紋波噪聲的峰峰值只有不到10mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好過10:1探頭的測(cè)試結(jié)果。從1:1探頭的測(cè)試結(jié)果里可以看到清晰的紋波的波形，并且滿足用戶對(duì)于電源紋波噪聲<20mV的預(yù)期。另外，我們也可以看到，帶寬限制對(duì)于噪聲峰峰值也有一定的改善作用。

問題總結(jié)

這是一個(gè)典型的電源紋波測(cè)試的問題。我們通過使用短的地線連接、換用低衰減比的探頭以及帶寬限制功能使得紋波噪聲的測(cè)試結(jié)果大大改善。一般來說，影響電源紋波測(cè)試結(jié)果的影響因素按照重要性主要有以下幾個(gè)：

1、 前端連接線和地環(huán)路的長(zhǎng)度：長(zhǎng)的地環(huán)路會(huì)拾取更多開關(guān)電源的電磁輻射以及地噪聲，因此需要使用盡可能短的地線連接。

2、 探頭的衰減比：大衰減比的探頭會(huì)使得小信號(hào)幅度更加微弱，甚至淹沒在示波器底噪聲里，所以應(yīng)該盡量使用1:1衰減比的探頭。

3、 帶寬限制：很多電磁噪聲和示波器的底噪聲都是寬帶的，設(shè)置合適的帶寬限制可以濾除額外的噪聲。很多電源紋波噪聲測(cè)試場(chǎng)合使用20MHz的帶寬限制，也有些芯片會(huì)要求測(cè)到80MHz或200MHz。

4、 測(cè)量量程：通常會(huì)在小量程檔下（比如10mv/格或20mv/格）進(jìn)行電源紋波的測(cè)試。量程打得越大，示波器的底噪聲越高。但有些示波器的偏置范圍有限，在小檔位下時(shí)可能不能夠把被測(cè)的直流電壓信號(hào)拉回到屏幕中心附近進(jìn)行測(cè)量，所以很多時(shí)候會(huì)使用示波器的AC耦合功能把直流隔離掉再進(jìn)行紋波噪聲測(cè)試。

5、 輸入阻抗：很多示波器有50歐姆和1M歐姆的輸入阻抗選擇，通常50歐姆輸入阻抗下示波器的底噪聲更低。不過示波器連接大部分無源探頭時(shí)都會(huì)自動(dòng)把阻抗切換到1M歐姆，只有連接有源探頭或同軸電纜時(shí)才可以設(shè)置為50歐姆輸入阻抗。