DC-DC电路电压纹波与噪声测量

电源纹波指标是开关电源模块或者 DC/DC 的一项很重要的参数。电源纹波可以理解为电源模块包括 VRM 的输出电压的波动，和复杂的供电网络无关，或者说是电源输出的源端的电压的波动。电源噪声则是指电源模块工作在实际产品系统中，经过供电分布网络将电源能量输送到芯片管脚处，在芯片管脚处的电压的波动，或者简单说是电源输出的末端的电压的波动。电源噪声从输出端经过供电网路 (PDN) 传输后到芯片管脚除了电源本身的纹波之外可能增加或者耦合进了其它电路部件的干扰比如时钟的串扰，以及电路本身工作过程中带来的其他噪声。

一、前言

通俗来说，直流电源输出上叠加的与电源开关频率同频的波动为纹波，高频杂音为噪声。具体如下图所示，频率较低且有规律的波动为纹波，尖峰部分为噪声。

二、纹波测量

1、探头选择与测量位置

探头要选择合适的档位，如果电压比较大，或者对带宽要求比较高的情况下可使用X10档，普通情况下建议使用X1档，10:1的探头会把被测信号衰减10倍，然后示波器再对被测信号进行10倍放大，而此时示波器的本底噪声也被放大。大多数情况下使用X1档避免不必要的噪声衰减影响纹波的测量。

因为测试环境中会有很多EMI（电磁干扰），示波器为高阻设备，会将EMI信号引入测试结果，造成测量结果偏大。正确的测量方式应该是采用接地弹簧进行接地以便减小电磁干扰的引入。用接地弹簧和用鳄鱼夹接地对比图如下所示：

对于电源IC的输出纹波，测量位置应选在电路输出最后端，通常为最后一颗滤波电容，因输出端电容可进行滤波，应测量所有电容滤波后的电压纹波，若测量前端位置，后端电容未起作用造成纹波结果偏大。

如下图电路中，应测量C182端。

2、示波器设置

耦合方式应选取交流耦合；

触发方式可以选用边沿触发，触发模式选择Auto/Normal均可；

纹波测试一般以峰峰值来表示，可以使用【measure】进行自动测量；

尽可能使用最小量程，大量程下示波器的本底噪声会被放大，如：示波器的基本量程为10mV/格，此时底噪为500uV，当量程改为100mV/格，示波器输入会增加10:1的衰减器，显示时再将信号放大10倍，底噪变为5mV 。

输入阻抗设置为50欧姆。若设置阻抗过大，根据传输线理论，高阻下电源噪声发生反射，加大了电源噪声。

3、带宽选择

示波器带宽概念定义：

带宽是示波器的首要指标，和放大器的带宽一样，是所谓的-3dB点，即：在示波器的输入端加正弦波，幅度衰减至-3dB（70.7%）时的频率点就是示波器的带宽。如果用100MHz带宽的示波器测量：幅值为1V ，频率为100MHz 的正弦波时，实际得到的幅值会不小于0.707V。

这里若采用与电源IC频率相同的带宽去测量纹波，会造成纹波衰减，常用电源IC的开关频率在400K左右，根据带宽的五倍法则，通常选取20MHz，或理解为开关频率目前一般从几十KHZ到几MHZ,另外由开关器件所造成的干扰也小于20MHZ，带宽限制在20MHZ，也是避免外界的高频噪声影响纹波的测试。

4、判断标准

纹波测试一般以峰峰值来表示，纹波值应不超出电源输出理论值的正负3%。

三、噪声测量

1、探头与测量位置

同纹波测量。

2、带宽选择

噪声测量带宽选择为全带宽，若示波器可选测量类型，可选择“噪声测量”，其他设置同纹波测量。