示波器測(cè)量電源紋波&噪聲技術(shù)

　　在大學(xué)時(shí)代里，很多電子發(fā)燒友都喜歡做一些小的電子制作，至于電路板上的供電方法，7805、7812是當(dāng)之無(wú)愧的性價(jià)比之王，多快好省!而當(dāng)我們做的小制作出現(xiàn)故障時(shí)候，幾乎沒(méi)有人會(huì)把電源帶來(lái)的影響列入考慮范圍，因?yàn)榇髮W(xué)時(shí)候制作的東西，大多數(shù)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信號(hào)頻率也不高，所以即使電源端有波動(dòng)，對(duì)后面的電路影響也不大。

　　今天的電子電路(比如電子測(cè)量?jī)x器、多媒體產(chǎn)品)的電平切換速度、信號(hào)復(fù)雜度比以前更高，同時(shí)芯片的封裝和信號(hào)幅值卻越來(lái)越小，對(duì)電源波動(dòng)更加敏感。因此，電路設(shè)計(jì)者們比以前會(huì)更關(guān)心電源端帶來(lái)的影響。

　　以我們ZDS2024示波器本身為例，內(nèi)部的主電源為一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，主板上的電源分配網(wǎng)絡(luò)要把這個(gè)直流電源變成各種電壓的直流電源(如：+-5V, +3.3V, +12V等等)，給CPU以及各個(gè)芯片供電，同時(shí)我們的風(fēng)扇也是隨時(shí)溫度動(dòng)態(tài)的在變化。CPU、IC和風(fēng)扇用電量很大，而且是動(dòng)態(tài)耗電的，瞬時(shí)電流可能很大，也可能很小，但是電壓必須平穩(wěn)(即紋波和噪聲必須較小)，以保持CPU和IC的正常工作。這都對(duì)電源的平穩(wěn)性提出了很高的要求。

　　所有的數(shù)字示波器都使用衰減器和放大器來(lái)調(diào)整垂直量程。設(shè)置衰減以后示波器本身的噪聲會(huì)被放大。因此，測(cè)量噪聲時(shí)應(yīng)盡可能使用示波器最靈敏的量程檔。但是示波器在最靈敏檔下通常不具有足夠的偏置范圍可以把被測(cè)直流電壓拉到示波器屏幕中心范圍進(jìn)行測(cè)試，因此通常需要利用示波器的AC耦合功能把直流成分濾掉只測(cè)量AC成分。

　　基于同樣的原因，在電源測(cè)量中也應(yīng)該盡量使用1：1的探頭而不是示波器標(biāo)配的10：1的探頭。否則示波器的噪聲也會(huì)被放大。

　　探頭帶來(lái)的噪聲是在在衰減器前面耦合進(jìn)來(lái)的，因此無(wú)論衰減比設(shè)置多少，探頭貢獻(xiàn)的噪聲都是一定的。但是，在某些不正確的使用方法下，探頭可能會(huì)帶來(lái)額外的噪聲，一個(gè)典型的例子就是使用長(zhǎng)地線。為了方便測(cè)試，示波器的的無(wú)源探頭通常會(huì)使用10cm左右的鱷魚(yú)夾形式的長(zhǎng)地線，但是這對(duì)于電源紋波的測(cè)試卻是不適用的，特別是板上存在開(kāi)關(guān)電源的場(chǎng)合。由于開(kāi)關(guān)電源的切換會(huì)在空間產(chǎn)生大量的電磁輻射，而示波器探頭的長(zhǎng)地線又恰恰相當(dāng)于一個(gè)天線，所以會(huì)從空間把大的電磁干擾引入測(cè)量電路。一個(gè)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證方法就是把地線和探頭前端接在一起，靠近被測(cè)電路(不直接接觸)就可能在示波器上看到比較大的開(kāi)關(guān)噪聲。因此測(cè)量過(guò)程中應(yīng)該使用盡可能短的地線。

　　現(xiàn)在很多被測(cè)件要求測(cè)量出峰峰值為幾毫伏的紋波。這時(shí)候最好用同軸電纜來(lái)進(jìn)行測(cè)量，雖然同軸電纜的阻抗只有50歐姆，但是對(duì)于毫偶級(jí)別的被測(cè)電源來(lái)說(shuō)，負(fù)載影響很小，測(cè)試精度非常高。

　　圖 同軸電纜

　　最后要注意的一點(diǎn)是，通常電源測(cè)試都規(guī)定了某個(gè)頻率范圍內(nèi)的紋波和噪聲，比如20MHz以內(nèi)的，而一般示波器的帶寬都大于這個(gè)要求，因此測(cè)試時(shí)可以打開(kāi)示波器的帶寬限制功能，這對(duì)于減小高頻噪聲也會(huì)有比較好的效果。

　　小結(jié)一下，對(duì)于電源紋波噪聲的測(cè)試，通常需要注意以下幾點(diǎn)：

　　盡量使用自制的電源測(cè)試探頭

　　盡量使用示波器最靈敏的量程檔;

　　盡量使用AC耦合功能;

　　盡量使用小衰減比的探頭;

　　探頭的接地線盡量短;

　　根據(jù)需要使用帶寬限制功能。