如何用示波器準確地測量電源紋波？

測量電源紋波本身有一定技巧性。下圖1給出了一個不正確使用示波器測量電源紋波的實例。在這個例子中出現了以下幾個錯誤：一是使用了接地線很長的示波器探頭；二是讓由探頭針和接地線形成的回路靠近功率變壓器和開關元件；三是在示波器探針和輸出電容之間形成額外的電感。這樣的結果帶來的問題是在測得的紋波波形中含有拾取的高頻成分。

圖1不正確使用示波器測量電源紋波的實例 

在電源中有許多信號很容易耦合到探針中的高速、大電壓和電流信號波形，其中包括來自功率變壓器的磁場耦合、來自開關節點的電場耦合、以及由變壓器交繞(interwinding)電容產生的共模電流。

采用正確的測量技術可切實改善紋波測量的結果。首先，通常會規定紋波的帶寬上限，以避免拾取超出紋波帶寬上限的高頻噪聲，應該給用于測量的示波器設定合適的帶寬上限（示波器功能為帶寬限制）。其次，可以通過摘掉探針的“帽子”（簡稱探頭帽）來去掉接地長引線形成的天線效應。采用有的示波器探頭配置的“接地彈簧”（見圖2），或者如圖3所示，我們把一段短線繞在探針接地引線周圍，并使之與電源地相連接。這樣做附帶的好處是縮短暴露在電源附近高強度電磁輻射中的探針長度，從而進一步減少高頻拾取。 

圖2  示波器探頭接地彈簧  圖3 一段短線繞在探針接地引線周圍

最后，在隔離電源中，真正的共模電流是由在示波器探頭接地引線中流動的電流產生的，這就使得在電源地和示波器地之間產生電壓降，表現為紋波雜散。要抑制這個紋波雜散，需要在電源設計中仔細考慮共模濾波問題。

此外，把示波器引線繞在鐵芯上可減小這個電流，因為這樣會形成一個不影響差分電壓測量、但可降低由共模電流產生的測量誤差的共模電感。圖4顯示了采用改進測量技術對同一電路得到的紋波電壓測量結果。可以看到，高頻尖刺雜散干擾已幾乎消除。

圖4 正確使用示波器測量電源紋波的實例

事實上，當電源集成到系統中之后，電源紋波性能甚至會更好。在電源和系統其它部分之間幾乎總會存在一定量的電感。電感可能是由導線或在印刷線路板上的蝕刻線形成的，而在芯片附近總會有作為電源負載的附加旁路電容，這兩者形成低通濾波效應并進一步降低電源紋波和/或高頻噪聲。 

舉一個極端的例子，由電感量為15nH的長25.4mm的短線和電容量10μF的旁路電容構成的濾波器，其截止頻率為400kHz。該實例意味著能大幅減少高頻噪聲。該濾波器的截止頻率比電源紋波頻率低很多倍，可以切實降低紋波。聰明的工程師應該在測試過程中設法利用它。

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