電源測試：噪聲測量

作者：Bob Hanrahan德州儀器

上次，我發(fā)表了關(guān)于“如何測試電源設(shè)計”三篇文章中的第一篇：電源測試，效率測量，主要介紹有關(guān)測試的基礎(chǔ)知識，包括必要設(shè)備以及如何準(zhǔn)備用于測試的電路等。此外，我還介紹了如何精確測量啟動時間、電流限值以及電源效率。

今天，我要談?wù)勗跍y試電源性能時需要考慮的另一個重要指標(biāo)：噪聲測量。

電源噪聲從何而來？

電源噪聲的生成有多種不同的來源。與任何一款放大器一樣，電源也會產(chǎn)生各種不同類型的噪聲，而開關(guān)模式設(shè)計還需要處理其發(fā)生的固有開關(guān)噪聲。開關(guān)電源不但可通過設(shè)計，最大限度地降低其開關(guān)噪聲，而且還可納入輸出濾波器，進(jìn)一步降低該噪聲。但只有經(jīng)過實際測量后才能確切知道電源所產(chǎn)生的噪聲級別。

瞬態(tài)紋波噪聲

為何要測量噪聲？

任何系統(tǒng)內(nèi)的偏置電壓正如我所認(rèn)為的那樣，可將其看作電氣電路的基礎(chǔ)。所有系統(tǒng)都能夠與這些電源相連，而且必須解決與其相關(guān)的噪聲問題。如果從電源生成（或通過）的噪聲超出了電路的承受范圍，系統(tǒng)會自動發(fā)生故障。噪聲問題在于它可能不會（至少不會總是）造成災(zāi)難性故障問題，但有時會引起間歇性錯誤，而在具有一系列典型組件值的特定環(huán)境中進(jìn)行徹底系統(tǒng)測試時，這種錯誤可能并不明顯，但隨后會引起各種問題。在某些情況下，我發(fā)現(xiàn)所編寫的軟件補(bǔ)丁可用來“掩蓋”臨時系統(tǒng)錯誤，而這些錯誤的本質(zhì)原因有可能就是電源噪聲問題。對于在電源中可能已經(jīng)解決的問題，用軟件對其進(jìn)行修復(fù)是否是最佳的方法？我不敢茍同，但我不想把話題轉(zhuǎn)到理念討論上來，還是留著在后續(xù)文章《修復(fù)錯誤，軟硬件對比》中討論該問題吧……

我有時會發(fā)現(xiàn)噪聲電源設(shè)計會導(dǎo)致系統(tǒng)無法通過 EMI 測試，減緩產(chǎn)品發(fā)布。如果能夠在設(shè)計進(jìn)程早期進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y試并解決噪聲問題，這些減緩就有可能避免。當(dāng)涉及偏置模擬電路時，電源噪聲會導(dǎo)致系統(tǒng)性能低下，可能會降低產(chǎn)品的最終客戶價值。仔細(xì)想想某些傳感器模擬信號路徑上的電源問題。在這類系統(tǒng)中，噪聲將直接影響系統(tǒng)靈敏度，噪聲底限越高靈敏度就越低。如果設(shè)計人員能夠花些時間對電源產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行實際測量與分析，他們既可接受這種性能，也可經(jīng)常進(jìn)行修改，避免隨后出現(xiàn)系統(tǒng)級問題，而且這樣幾乎不會產(chǎn)生額外的成本。電源的測試及可能存在的修改成本通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后續(xù)系統(tǒng)級調(diào)試與修改成本，或遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于產(chǎn)品發(fā)布后性能不佳所帶來的損失。

正是這種注重細(xì)節(jié)的態(tài)度決定了一般產(chǎn)品與性能最高、可靠性最高產(chǎn)品之間的區(qū)別。