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Loto實(shí)踐干貨(1)正確而又優(yōu)雅地測試電源紋波 我發(fā)現(xiàn)測量電源紋波的需求越來越普遍，不僅僅是針對電源工程師而言。紋波是電源的核心指標(biāo)，電源工程師自然需要時(shí)刻關(guān)注紋波。其他領(lǐng)域的硬件工程師也會(huì)越來越多的要和電源紋波打交道。因?yàn)殡S著我們經(jīng)驗(yàn)的累積，制作和接觸的電路越來越復(fù)雜，我們越來越認(rèn)識(shí)到一個(gè)干凈的電源系統(tǒng)對電路的穩(wěn)定工作室多么重要。我自己就會(huì)多次遇到莫名其妙不合邏輯的硬件問題最終發(fā)現(xiàn)是電源系統(tǒng)不干凈造成的。所以我們調(diào)試復(fù)雜一些的電路，尤其是數(shù)字和模擬混合的電路時(shí)，需要對電源紋波保持高度警惕。
電源紋波是電源性能的最直觀的表現(xiàn)，是電源輸出電壓的波動(dòng)。如果是開關(guān)電源，輸出紋波是有規(guī)律的擺動(dòng)，擺動(dòng)的頻率等于開關(guān)頻率。紋波的形成是因?yàn)殡娏髁鬟^輸出電容在電容的ESR上所引起的壓降，開關(guān)電源中不斷地有脈動(dòng)的電流流經(jīng)電容，所以它的紋波的頻率等于開關(guān)頻率。電源系統(tǒng)的紋波疊加噪聲會(huì)傳遞到芯片的電源引腳，影響芯片的性能。
拿我剛做的一塊運(yùn)動(dòng)控制板的電源系統(tǒng)測試，直觀的給大家展示電源紋波的測試過程和方法，同時(shí)自己也做個(gè)筆記。如下圖所示，M是我的運(yùn)動(dòng)控制板，P是給M供電的開關(guān)電源，S是loto的USB示波器OSC802。
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2020-5-28 17:08 上傳
運(yùn)動(dòng)控制板M的電源部分原理圖和PCB layout如下圖所示：
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我們需要測試V和G兩端的電源的紋波，以便檢驗(yàn)該電源系統(tǒng)是否達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。
當(dāng)然，首先我們知道要使用示波器的AC耦合檔位來測試紋波大小，去掉我們不關(guān)心的直流分量。第一次我為了方便使用了較長的示波器探頭的接地線，如下圖所示：
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電源的紋波本身可能不大，由于地線較長，圖中所示的黃色線條所示的環(huán)流路徑會(huì)將這個(gè)區(qū)域內(nèi)的輻射干擾吸收進(jìn)來，疊加在真實(shí)的紋波的基礎(chǔ)上。在這種情況下，我的測試結(jié)果如下圖：
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大概測到了80mv左右的紋波，甚至疊加了100多mv的噪聲（使用的是OSC802的50mv/div檔位）。由于擔(dān)心這個(gè)環(huán)流路徑接收噪聲干擾影響，我改進(jìn)了測試方法，盡量減小這個(gè)環(huán)路面積，將外界干擾減小到最低限度。查詢得知，使用接地彈簧測量環(huán)路面積非常小。但是手頭沒有接地彈簧，臨時(shí)用了一根曲別針掰直，繞制了一個(gè)簡易的接地彈簧。
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這樣一來，可以使用很小的環(huán)路面積來測量V和G之間的紋波。
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測量結(jié)果果然改進(jìn)很多，紋波變得很干凈整齊，大概測到了20mv左右的紋波，（使用的是OSC802的20mv/div檔位）如下圖所示：
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l 看來電源系統(tǒng)的紋波還是比較干凈的，而且穩(wěn)定在20mv左右，基本滿足了我們當(dāng)初的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)也看到，僅僅是改變了測試的地線長短（其實(shí)改變了環(huán)路面積）測試的結(jié)果差異如此之大。為了謹(jǐn)慎起見，我又借來了一臺(tái)臺(tái)式的示波器，把兩種操作又重復(fù)了一遍，虛擬示波器和臺(tái)式數(shù)字示波器得到了相同的結(jié)論，分別也是80mv和20mv的紋波：
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所以可以肯定的是，測量電源紋波，確實(shí)是需要使用AC耦合，然后用接地彈簧來連接地盡量減少環(huán)路面積才可以，如果沒有接地彈簧完全可以順手自制一個(gè)。另外，USB示波器OSC802測量電源紋波毫不遜色，20mv的紋波可以輕松測出來和清晰展現(xiàn)。 我把整個(gè)過程重現(xiàn)了一遍錄制成視頻了放在優(yōu)酷上了，方便大家互相交流：
所以可以肯定的是，測量電源紋波，確實(shí)是需要使用AC耦合，然后用接地彈簧來連接地盡量減少環(huán)路面積才可以，如果沒有接地彈簧完全可以順手自制一個(gè)。另外，USB示波器OSC802測量電源紋波毫不遜色，20mv的紋波可以輕松測出來和清晰展現(xiàn)。 我把整個(gè)過程重現(xiàn)了一遍錄制成視頻了放在優(yōu)酷上了，方便大家互相交流：
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