如何正确测试电源纹波 移除多余闲置的探棒

输出电压上的高频噪音，一般是由于MOSFET输出的开关电压V-Phase的振铃引起的，而振铃主要是由于路径上的寄生电感引起的。此外也会从探头耦合进来，所以在测试时需要尽量减少探头的耦合的干扰，这样测试得到的结果才会比较可信。

本文试图阐述开关电源设计与测试中的若干细节问题，这是一些比较容易被忽视的小细节。

一、纹波的测量 （一）、纹波的组成成分

电源性能的最直观的表现是电源纹波，所谓电源的纹波就是指电源输出电压的波动。

如果是开关电源，输出纹波是有规律的摆动，摆动的频率等于开关频率。纹波的形成是因为电流流过输出电容在电容的ESR上所引起的压降，开关电源中不断地有脉动的电流流经电容，所以它的纹波的频率等于开关频率。

图1、开关频率为500KHZ的开关电源的输出纹波

然后，细心的你还会发现，脉动的电压波动上叠加了细细的“针针”，这是开关电源开关信号所引起的开关噪音。因此，准确地说，电源的输出波动实际上有两个部分组成，纹波与噪音。

图2、电源的输出波动的分解

前面已提及纹波的形成是因为脉动的电流流过输出电容，然后在电容的ESR上所形成的压降，所以要想消灭纹波是不可能的，只能是尽可能地去减小。

而叠加在纹波上的噪音却是有机会得到改善的，在开关电源中，开关管引起的开关噪音会叠加到输出电压上，然后因为其频率很多，很难被滤波器滤除，所以容易扩散至整个PCB板子，引起EMC问题。

关于开关噪音的改善，下文再详细阐述。在想办法解决问题之前，我们需要获得准确的信息来作决策的依据，错误的信息输入必将得到更加错误的决定。

（二）、如何正确地测量电源的输出电压的纹波？

为了叙述的方便，我们一般把输出电压的波动统称为纹波，但是我们在内心深处必须时刻有一个根深蒂固的概念，我们在测试时实际上是为了获取两个信息：纹波电压以及噪音。

纹波电压的形成与脉动电流和电容的ESR相关，所以在测试时需要分别测试不同负载电流下的纹波电压，这是基于不同的脉动电流的考量。最需要的注意的是不要人为地增加ESR，所以测试时需要在输出电容的两端就近测量，否则路径会额外增加ESR值。

噪音的形成与开关路径上的寄生电感相关，所以在测试时需要注意不能引进额外的寄生电感，否则测试所得的开关噪音会大于实际值。

图3和图4是两种错误的纹波测量的方法，它们正确的地方是在电容两端就近测量，错误在于引入或者说吸收了噪音，使得测试所得的结果偏离实际情况。

图3、错误的纹波测量方法

图4的错误很容易被忽视，就是在测试时必须移除多余闲置的探棒，避免人为地引入噪音。

图4、在纹波测量时，请移除多余的闲置探棒

图5、正确的纹波测量方法

正确测量纹波的姿态是使用纹波帽，如图5示意，这样可以保证测量路径最短，引入的噪音最少。

图6、简易高效的纹波测量方法

如果，手头条件有限，没有纹波帽咋办？其实很简单，可以自制。在密集测量时，还可以使用图6的方法，将自制的纹波帽直接焊到PCB板上。

（三）、如何优雅地测量电源的输出电压的纹波？

前文讲了如何正确地测量纹波，为什么要这么做，这样做的原理是什么，等等。很多事情算是老生常谈了，相信多数人是知道的并且很熟悉的。

在这里，我想再提一个概念，优雅地测试。前面是谈如何正确地测量。正确测量是一个技术问题，有具体的 *** 作步骤和规范，而优雅是一个态度问题，很多时候你会发现两个不同的人基于同样的仪器和 *** 作手册却得到了不同的测量结果。

图7是测试人员在测试纹波时，探棒没有“站直”，斜躺着，结果很不幸躺到了电感上，而电感是辐射源。在质疑其测量结果时，他还委屈，说采用了纹波帽，而且是就近测量的啊。后来，仔细观察方才发现测量的姿势有问题。

图7、不同的测量姿势，得到不同的结果

（四）、如何评估测量结果的正确性？

看了前文的叙述，你也许会很紧张，如何才能保证每一个测试的姿势都是非常之优雅呢？是否每一项测试都需要亲力亲为呢？

其实是有很多小窍门去判断测试结果是否可信的，在电源的测试中，会有很多小的子项目的测试，子项目之间实际上有关联的，细心的你定能“火眼金睛”的看出报告里的猫腻。

继续前文图7的测试结果，开关噪音因为没有被滤波器滤除有残留，残留被叠加到输出电压上形成噪音。所以，往前追溯很容易找到噪音的源头，而图7的测试报告里，发现由开关管输入到电感的开关节点的电压信号的过冲和下冲算是比较好的（如图8），不可能造成那么大的输出噪音，这是理直气壮地质疑测试方法有问题的根据。

图8、BUCK电路中，MOSFET与电感之间的开关节点（V_PHASE）的电压波形

如果你是一位测试人员，在测试时需要做好自检的工作，避免后续不必要的返工，以下思路供参考。

电感是一个很强的辐射源，开关噪音不但通过传导也会以空间辐射的形式，往外散发。为了避免空间中辐射的噪音对测结果的误导，可有以下两个对策来应对。

1）、在测试时，探棒可尝试不同的姿势，选择一个空间辐射对测试结果影响最小的姿势。

2）、对测试结果的交叉验证可以减少错误结果发生。输出电压上的开关噪音，实际上和V_PHASE是有对应关系的。

V_PHASE的边沿振铃一般难以被输出滤波器处理掉，最终表现为输出电压上的开关噪音。如果输出电压上的开关噪音很大，但是V_PHASE的边沿振铃却不明显，则说明你所测试到的噪音很可能是来自空间中的辐射，此时可动一动探棒与PCB板子的夹角，努力将接收到的空间辐射降低到最小。