電源紋波是電源質(zhì)量檢測(cè)的重要指標(biāo)，準(zhǔn)確測(cè)量紋波對(duì)于防止其對(duì)電路造成危害至關(guān)重要。雖然測(cè)量過(guò)程看似簡(jiǎn)單，但其中的細(xì)節(jié)也需要我們特別注意。接下來(lái)，我們將一同探討在紋波測(cè)量過(guò)程中需要關(guān)注的關(guān)鍵事項(xiàng)。
示波器紋波測(cè)試是電源測(cè)試中的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)選擇合適的示波器和探頭、正確設(shè)置示波器以及遵循測(cè)試步驟和注意事項(xiàng)，可以準(zhǔn)確測(cè)量電源紋波并判斷其是否在允許范圍內(nèi)。同時(shí)，了解紋波的來(lái)源和抑制方法也有助于提高電源的質(zhì)量和穩(wěn)定性。
什么是紋波？
1、紋波的定義
紋波是由于直流穩(wěn)壓電源的電壓波動(dòng)而造成的一種現(xiàn)象，因?yàn)橹绷鞣€(wěn)壓電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓、濾波等環(huán)節(jié)而形成的，由于濾波不徹底，就會(huì)遺留交流成分，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。
2、噪聲是什么？
示波器噪聲是指在測(cè)量信號(hào)時(shí)，示波器自身或外部環(huán)境引入的無(wú)規(guī)律、隨機(jī)的電信號(hào)波動(dòng)。這些噪聲會(huì)干擾信號(hào)的準(zhǔn)確顯示，影響測(cè)量結(jié)果的清晰度和精度。
圖1 噪聲和紋波區(qū)別
兩者主要區(qū)別如圖1和表1所示：
表1 紋波和噪聲的區(qū)別
如何測(cè)量電源紋波？
由于紋波和噪聲的幅度比較小，使用傳統(tǒng)的8bit示波器可能無(wú)法捕捉到較小的紋波信號(hào)，相比較之下，12bit示波器的動(dòng)態(tài)范圍較大，能提供更高的分辨率和更精確的測(cè)量能力，避免由于分辨率不足導(dǎo)致的測(cè)量誤差。
這里用到我們的12bitADC位數(shù)示波器- ZUS5054Pro示波器來(lái)進(jìn)行測(cè)試，用到的工具有ZP1010SA探頭和常規(guī)的電源適配器來(lái)進(jìn)行紋波測(cè)量。
注意事項(xiàng)
選擇合適的探頭：首先探頭要選擇合適的檔位，一般選擇衰減比例1:1的無(wú)源探頭測(cè)量輸出阻抗及頻率較低的電源紋波，避免不必要的噪聲衰減影響紋波的測(cè)量；如果電壓比較大，或者對(duì)帶寬要求比較高的情況下可使用 X10 檔。
圖4 探頭檔位選擇
耦合方式：紋波屬于是交流成分，所以“通道耦合”方式可使用“交流耦合”方式來(lái)限制直流信號(hào)的輸入，進(jìn)而觀察波形中的交流成分，也就是紋波，如圖5所示。
圖5 通道界面設(shè)置
帶寬限制：一般將帶寬限制設(shè)置到20MHz，可適當(dāng)?shù)氖褂谩皫捪拗啤惫δ?，?lái)濾除不必要的高頻噪聲濾除，如圖5所示。
阻抗設(shè)置：示波器通道阻抗有1MΩ和50Ω兩種選擇。使用無(wú)源探頭時(shí)，通常選擇1MΩ。同時(shí)，探頭要選擇合適的擋位，電壓較大或者對(duì)帶寬要求較高時(shí)，可使用X10檔；普通情況下建議使用X1檔，以減少紋波測(cè)量的影響。示波器通道的衰減比也要調(diào)成相應(yīng)的檔位。
圖6 探頭界面設(shè)置
觸發(fā)方式可以選用邊沿觸發(fā)，如果需要實(shí)時(shí)觀察紋波信號(hào)，可選擇“Auto（自動(dòng)觸發(fā)）”，如果需要觀察某次測(cè)量時(shí)的波形，可選擇“Normal（正常觸發(fā)）”。
除此之外，更重要的一點(diǎn)就是要避免電磁輻射等對(duì)信號(hào)的干擾，所以在測(cè)量時(shí)建議使用彈簧探針接地，避免長(zhǎng)接地線引入干擾噪聲帶來(lái)不必要干擾。
測(cè)量量程：適當(dāng)調(diào)整水平時(shí)基，垂直檔位和垂直偏移，使波形信號(hào)在屏幕的中央以較好的效果顯示，通常選擇在小量程下測(cè)量紋波；
FIR濾波：在遇到大量程的情況下，示波器的底噪聲會(huì)越高，這里可以用到我們示波器自帶的FIR濾波功能，相比較單純的20M帶寬限制，我們可以更加靈活的設(shè)置濾波頻點(diǎn)來(lái)濾除我們不要的信號(hào)，進(jìn)而得到一條更加干凈的波形。開(kāi)濾波后捕獲的紋波如下圖8所示。
圖7 未濾除噪聲信號(hào)的波形
圖8 正確捕捉的紋波
從圖8中可以看出，正確的紋波測(cè)量方式可以清晰地捕抓到正常的紋波，減少了不必要的噪聲和雜波對(duì)紋波的影響。但是遇到噪聲較大的情況時(shí)候，可以用到我們示波器的FIR濾波功能進(jìn)行靈活設(shè)置頻點(diǎn)來(lái)濾除不必要的噪聲，得到的波形基本上就是一條干凈的紋波。
在測(cè)量紋波電壓時(shí)，選擇直流有效值來(lái)表達(dá)測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確。具體可以使用示波器中的【measure】功能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，ZUS5054Pro支持32種參數(shù)測(cè)量，最多同時(shí)顯示24種參數(shù)，基于12bit高位數(shù)ADC和大存儲(chǔ)深度，實(shí)現(xiàn)電源紋波參數(shù)的測(cè)量的同時(shí)，還支持光標(biāo)功能（Cursor）手動(dòng)卡值。
圖9 ZUS5054Pro的測(cè)量結(jié)果
圖10 ZDS5054Pro的測(cè)量結(jié)果
測(cè)量結(jié)果分析
在同樣測(cè)試條件下，我們用8bit示波器和12bit示波器分別進(jìn)行了測(cè)量。雖然精度不同，但結(jié)果顯示兩者測(cè)量值相近。這可能說(shuō)明在當(dāng)前測(cè)量條件下，電源紋波的幅度較大，使得8bit示波器的分辨率足以捕捉到紋波信號(hào)。但是12bit示波器的精度更高，分辨率更強(qiáng)，能夠更細(xì)致地顯示信號(hào)細(xì)節(jié)，特別是在電源紋波較小或者測(cè)量要求較高的情況下，12bit示波器能滿足更嚴(yán)格的測(cè)量需求，確保測(cè)量結(jié)果的可靠性。下面是我司12bit示波器與傳統(tǒng)8bit示波器的精度誤差對(duì)比。
表2 示波器精度對(duì)比表
總結(jié)
ZUS5054Pro示波器是致遠(yuǎn)儀器公司推出的最新一款的12bit高精度示波器，搭配5GSa/s高采樣率，輕松幫您搞定紋波測(cè)試。搭配更高精度的ADC位數(shù)，開(kāi)發(fā)者可以非常方便地測(cè)量輸出紋波、1~40次諧波含量、開(kāi)關(guān)電源的功率等大量的參數(shù)，大大提升開(kāi)發(fā)效率，更準(zhǔn)確測(cè)量出您想要的數(shù)據(jù)。
