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影响电源纹波测试结果的问题分析和总结

时间:2020-09-07 15:35:04 其他

当与500MHz的带宽范围用户测试它们的5V电源输出纹波切换信号时,峰 - 峰纹波和噪声发现达到900毫伏(如下所示),标称切换电力线峰波<20mV的。虽然开关电源的存在LDO板用户输出级进一步调节,但用户所测量的结果是过大,不被信任,理想的是发现问题。

影响电源纹波测试结果的问题分析
和总结

问题分析

电源纹波进行测试数据过大的问题我们通常和使用的探头设计以及通过前端的连接管理方式发展有关。首先需要检查了用户探头的连接工作方式,发现其使用的是如下面左图所示的长的鳄鱼夹地线,而且接地点夹在了单板的固定螺钉上,整个地环路比较大。由于大的地环路会引入企业更多的开关控制电源系统造成的空间利用电磁环境辐射产生噪声影响以及地环路噪声,于是更换成如下面右图所示的短的接地弹簧针。

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和总结

经过实际测试,测得的峰发现峰纹波噪声大大提高,如示于图但峰 - 峰纹波噪声仍超过40毫伏,并且<20mV的仍存在标称开关电源制造商大的差异。

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和总结

对用户使用的探头类型的进一步检查发现,用户使用的是示波器标准的10:1被动探头。 如下图所示。
影响电源纹波测试结果的问题分析
和总结

10:1的探头会把被测信号衰减10倍再送入示波器,然后利用示波器再对被测信号数据进行10倍的数学问题放大。这种探头的好处是通过我们前面的匹配设计电路提升了探头带宽管理可以到几百MHz,而且企业扩展了示波器的量程,但是他们对于小信号的测量技术不是特备有利。 如果被测信号变化幅度提高本身就小,再衰减10倍可能就淹没在示波器的底噪声里了,即使再做10倍的数学模型放大,对于不同信噪比本身发展也是中国没有得到改善的。所以学生对于我国电源纹波噪声的测量人员应该就是尽量选择使用小衰减比的探头,比如1:1的探头。于是另外找了一个1:1无源探头,这种1:1的无源探头虽然网络带宽要求不高(通常只有几十MHz),但衰减比小,对于小信号分析测试方法非常具有合适。

下面被替换为1:1的无源探头后,和10:下不同带宽约束1个比较探针的测试结果。 1探针和20MHz带宽限制设置,测量小于10mV的峰值的纹波噪声峰值,远远优于10:试验结果的1探针它可以使用一个1中可以看出。从1:1个的探针测试结果我们可以看到一个清晰的脉动波形,电源纹波和噪声满足用户期望<小于20mV。此外,我们还可以看到,峰值噪声峰值带宽的限制也有一定的提升。

影响电源纹波测试结果的问题分析
和总结

问题总结

这是一个典型的电源纹波测试的问题。我们通过使用短的地线连接、换用低衰减比的探头以及带宽限制功能使得纹波噪声的测试结果大大改善。一般来说,影响电源纹波测试结果的影响因素按照重要性主要有以下几个:

1、 前端连接线和地环路的长度:长的地环路会拾取更多选择开关控制电源的电磁辐射能力以及地噪声,因此企业需要进行使用可以尽可能短的地线连接。

2、 探头的衰减比:大衰减比的探头会使得小信号幅度更加微弱,甚至淹没在示波器底噪声里,所以应该尽量使用1:1衰减比的探头。

3、 带宽限制:很多研究电磁环境噪声和示波器的底噪声问题都是一个宽带的,设置选择合适的带宽限制我们可以有效滤除额外的噪声。很多工作电源纹波噪声测试不同场合需要使用20MHz的带宽限制,也有些芯片会要求测到80MHz或200MHz。

4、 测量量程:通常我们会在小量程档下(比如10mv/格或20mv/格)进行系统电源纹波的测试。量程打得越大,示波器的底噪声水平越高。但有些示波器的偏置范围管理有限,在小档位下时可能导致不能够把被测的直流输入电压控制信号拉回到屏幕信息中心学校附近学生进行分析测量,所以对于很多问题时候会使用传统示波器的AC耦合功能把直流隔离掉再进行纹波噪声性能测试。

如图5所示,输入阻抗:50欧姆和1M欧姆选择的许多示波器输入阻抗,一般为50欧姆的示波器输入阻抗的下底噪声。然而,大多数示波器被连接到无源探头将自动切换到1M欧姆阻抗,仅当输入阻抗为50欧姆提供的活性探针或同轴电缆连接器

在进行分析实际情况测试工作之前,一个发展比较好的习惯是先检查学生一下我们当前企业使用的设备和设置下的系统的底噪声。下面通过图中的5个波形分别是可以使用500M的S系列数字示波器在使用各种不同的探头和带宽问题设置下的底噪声数据结果。波形从上到下依次为:50欧姆技术输入输出阻抗,1:1探头,500MHz带宽;1M欧姆电子输入特征阻抗,1:1探头,20MHz带宽;1M欧姆以下输入信号阻抗,1:1探头,500MHz带宽;1M欧姆之间输入交流阻抗,10:1探头,20MHz带宽;1M欧姆以上输入网络阻抗,10:1探头,500MHz带宽。其底噪声的峰峰值从不到1mV直到中国接近30mV,可见对于测试中探头、带宽、输入方式阻抗参数设置的重要性。

影响电源纹波测试结果的问题分析
和总结

如果没有合适的低衰减比探头,也可以使用50欧姆同轴电缆制作探头如下。 事实上,电缆的一端连接到示波器上,示波器被设置为50欧姆输入阻抗;电缆的另一端被剥离,屏蔽层焊接在被测电路的地面上,中心导体通过直电容器连接到被测功率信号上。 该方法的优点是成本低,衰减比低,一致性差,直电容参数和带宽控制差。 此外,近年来,示波器制造商还推出了一种专门设计用于功率纹波测试的探头,结合低衰减比(1。 高带宽(硬件2GHz,可通过软件设置带宽限制),考虑测量需要和噪声的阻抗匹配(探头本身直流输入阻抗为50k欧姆,但示波器端为50欧姆输入阻抗谱),短接地线(焊接前端提供极低的回路电感),大偏置范围(可达24V±),纹波和直流电压同时测试等优点,适用于对纹波测量要求较高的用户。


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