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精確測量電源紋波

發(fā)布時(shí)間:2009-10-07 來源:21IC

中心議題:

  • 電源紋波的精確測量

解決方案:

  • 使用帶寬限制來規(guī)定紋波,以防止拾取高頻噪聲
  • 將示波器引線纏繞在鐵氧體磁心周圍以減小高頻峰值


精確地測量電源紋波本身就是一門藝術(shù)。在圖1所示的示例中,一名初級工程師完全錯(cuò)誤地使用了一臺示波器。他的第一個(gè)錯(cuò)誤是使用了一支帶長接地引線的示波器探針;他的第二個(gè)錯(cuò)誤是將探針形成的環(huán)路和接地引線均置于電源變壓器和開關(guān)元件附近;他的最后一個(gè)錯(cuò)誤是允許示波器探針和輸出電容之間存在多余電感。該問題在紋波波形中表現(xiàn)為高頻拾取。在電源中,存在大量可以很輕松地與探針耦合的高速、大信號電壓和電流波形,其中包括耦合自電源變壓器的磁場,耦合自開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電場,以及由變壓器互繞電容產(chǎn)生的共模電流。

                                 

利用正確的測量方法可以大大地改善測得紋波結(jié)果。首先,通常使用帶寬限制來規(guī)定紋波,以防止拾取并非真正存在的高頻噪聲。我們應(yīng)該為用于測量的示波器設(shè)定正確的帶寬限制。其次,通過取掉探針“帽”,并構(gòu)成一個(gè)拾波器(如圖2所示),我們可以消除由長接地引線形成的天線。將一小段線纏繞在探針接地連接點(diǎn)周圍,并將該接地連接至電源。這樣做可以縮短暴露于電源附近高電磁輻射的端頭長度,從而進(jìn)一步減少拾波。

最后,在隔離電源中,會產(chǎn)生大量流經(jīng)探針接地連接點(diǎn)的共模電流。這就在電源接地連接點(diǎn)和示波器接地連接點(diǎn)之間形成了壓降,從而表現(xiàn)為紋波。要防止這一問題的出現(xiàn),我們就需要特別注意電源設(shè)計(jì)的共模濾波。另外,將示波器引線纏繞在鐵氧體磁心周圍也有助于最小化這種電流。這樣就形成了一個(gè)共模電感器,其在不影響差分電壓測量的同時(shí),還減少了共模電流引起的測量誤差。圖2顯示了該完全相同電路的紋波電壓,其使用了改進(jìn)的測量方法。這樣,高頻峰值就被真正地消除了。

                            
                                                    圖2四個(gè)輕微的改動便極大地改善了測量結(jié)果

實(shí)際上,集成到系統(tǒng)中以后,電源紋波性能甚至?xí)?。在電源和系統(tǒng)其他組件之間幾乎總是會存在一些電感。這種電感可能存在于布線中,抑或只有蝕刻存在于PWB上。另外,在芯片周圍總是會存在額外的旁路電容,它們就是電源的負(fù)載。這二者共同構(gòu)成一個(gè)低通濾波器,進(jìn)一步降低了電源紋波和/或高頻噪聲。

在極端情況下,電流短時(shí)流經(jīng)15nH電感和10μF旁路電容的一英寸導(dǎo)體時(shí),該濾波器的截止頻率為400kHz。這種情況下,就意味著高頻噪聲將會得到極大降低。許多情況下,該濾波器的截止頻率會在電源紋波頻率以下,從而有可能大大降低紋波。經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師應(yīng)該能夠找到在其測試過程中如何運(yùn)用這種方法的途徑。

 



 




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