電源紋波測試，這是我見過最正確的手法

錯誤測試方法

一個新手工程師可能會用如下錯誤方式測試輸出紋波，并得到以下結(jié)果。

圖1 錯誤示例

圖2 (CH1輸出紋波 CH4輸出電流)

這種測試方式的錯誤之處在于，直接使用了示波器探頭的長接地引線。這使得信號端和引線形成了較大的環(huán)路，從而會引入額外的電感，并在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生嚴重的振鈴。如圖中的大幅度瞬變并不是開關(guān)穩(wěn)壓器的實際輸出紋波，只是一種測量假象。

圖3 (CH1輸出紋波 CH4輸出電流)

相較圖2，圖3是在相同測試方法下開啟了示波器的帶寬限制測得的結(jié)果，這樣也只能抑制帶寬之外的瞬變，測得的依然并非是實際的紋波狀態(tài)。

改善測試紋波

為了減小雜散電感，常見的方法是拆除標準示波器探頭的長接地引線，將其管體連接至接地基準點，使整個探測環(huán)路最小化。我們可以通過使用ECB 到探頭尖端適配器(圖4)或者線圈來實現(xiàn)。一個常見的直插電阻就能方便地被DIY成一個線圈(圖5)。

圖4 使用ECB到探頭尖端適配器 圖5 錯誤示例

下圖是使用上述方式測得的輸出紋波波形。相較于圖3的波形，高頻的瞬變已得到了明顯的改善。

圖6 (CH1輸出紋波 CH4輸出電流)

但這仍然不是真正的開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波。這是因為示波器的探測尖端測量的是EVB板的輸出，其到開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出之間的走線存在著寄生電感。

為了測量開關(guān)穩(wěn)壓器真正的輸出紋波，我們建議改為直接在輸出電容上進行探測，如圖7所示。

圖7 正確示范操作

下圖為使用該方法測得的輸出紋波波形。

圖8(CH1輸出紋波 CH4輸出電流)

正確操作示范

對于只需要關(guān)心輸出紋波峰峰值大小的應用，圖8的結(jié)果已經(jīng)足夠了。但是若想要了解更多紋波的細節(jié)，那么圖8的波形則尚嫌不足。

這是因為我們使用的是常見的X10倍示波器探頭，真實的信號會先經(jīng)過1/10分壓進入示波器進行采樣。在輸入紋波很小，并且經(jīng)過1/10分壓后，其與示波器的本底噪聲相近，所以圖8的波形上實際疊加了很多示波器的本底噪聲。

因此，我們建議使用1倍無源探頭或使用-同軸電纜，如圖9 所示。

圖9 推薦示例

采用同軸電纜測得的開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波波形如圖11所示，我們除了能更準確地測得輸出紋波的峰峰值之外，還能看到更多細節(jié)，諸如因為輸出電容ESL導致的紋波瞬變。這些細節(jié)能可以更好地協(xié)助工程師進行下一步的設計。

圖10 CH1同軸電纜與CH2 10X探頭的測試對比

圖11 使用同軸電纜測得開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波

讓我們來簡單做一個小結(jié)，開關(guān)穩(wěn)壓器輸出紋波的測量方法過程可以概括如下：

1. 使用示波器的帶寬限制功能；

2. 使用ECB到探頭尖端適配器或者線圈的方式進行最小環(huán)路接地；

3. 直接測量穩(wěn)壓器輸出電容兩端的信號；

4. 推薦使用1倍探頭或-同軸電纜進行測量。