電源測(cè)試：噪聲測(cè)量

作者：Bob Hanrahan德州儀器

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

今天，我要談?wù)勗跍y(cè)試電源性能時(shí)需要考慮的另一個(gè)重要指標(biāo)：噪聲測(cè)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(huì)產(chǎn)生各種不同類型的噪聲，而開關(guān)模式設(shè)計(jì)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(jì)，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(shí)際測(cè)量后才能確切知道電源所產(chǎn)生的噪聲級(jí)別。

瞬態(tài)紋波噪聲

為何要測(cè)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(huì)自動(dòng)發(fā)生故障。噪聲問題在于它可能不會(huì)（至少不會(huì)總是）造成災(zāi)難性故障問題，但有時(shí)會(huì)引起間歇性錯(cuò)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(cè)試時(shí)，這種錯(cuò)誤可能并不明顯，但隨后會(huì)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(shí)系統(tǒng)錯(cuò)誤，而這些錯(cuò)誤的本質(zhì)原因有可能就是電源噪聲問題。對(duì)于在電源中可能已經(jīng)解決的問題，用軟件對(duì)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(cuò)誤，軟硬件對(duì)比》中討論該問題吧……

我有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)噪聲電源設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法通過 EMI 測(cè)試，減緩產(chǎn)品發(fā)布。如果能夠在設(shè)計(jì)進(jìn)程早期進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)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(shí)，電源噪聲會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能低下，可能會(huì)降低產(chǎn)品的最終客戶價(jià)值。仔細(xì)想想某些傳感器模擬信號(hào)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(jì)人員能夠花些時(shí)間對(duì)電源產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行實(shí)際測(cè)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(jí)問題，而且這樣幾乎不會(huì)產(chǎn)生額外的成本。電源的測(cè)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(jí)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。