输出电压纹波测量

输出电压纹波的测量

应用手册 01-08-23 Rev.A

摘要

本应用手册解释了为什么一些用户在测量YOTTA模块的输出电压纹波时会经常看到一些高频噪声尖峰存在。同时将详细说明怎样通过恰当的测试设置和端接方式来解决这个测试中引入的问题。

引言

来自YOTTA产品用户的一个常见问题是：“测量YOTTA电源的输出纹波电压时，为什么在示波器上会看到很大的高频噪声尖峰？”。用户经常会担心这些大的尖峰噪声将会导致数字电路发生故障，这些故障或是由绝对电压偏差引起，又或是因为噪声耦合到相邻的线路中导致。庆幸的是，这个噪声尖峰主要是由测试方法引入的，其并不真切反映电源平面之间的实际电压偏差。通过简单地更改测试设置，就可以得到一个更加精准的测量值。

测量输出电压纹波

许多YOTTA产品用户都使用SynQor提供的评估板测试我们的DC/DC转换器产品。而其他用户则可能更倾向于使用他们自己的评估板来评估产品电气特性，或者直接在原型样机或试制产品负载板上进行测试。不管采取哪种评估方式，我们都会发现许多情况下，测试转换器的输出电压纹波时，示波器上会显示很大的高频噪声尖峰。

大多数工程师都知道通过示波器探针和接地线形成的回路的磁耦合能够产生很大的噪声尖峰。这种噪声源可以通过使用同轴电缆（BNC）消除，因为使用同轴电缆（BNC）可以大大减小与接地线间的回路大小。然而大部分人所不知的是，如果BNC电缆是无端接的，在连接示波器端的电缆处将会产生很大的尖峰噪声，且这个噪声尖峰比连接在电路端的电缆上所产生的噪声尖峰还要大。

BNC电缆是具有50ohm阻抗的传输线。在连接电路的电缆末端，高频差模噪声非常小。这些高频噪声信号经过谐振、反射从电缆的一段耦合到另一端。电缆的高Q值会使得这些噪声的峰值远高于噪声源的实际值。为了消除反射影响，电缆线终端必须接一个50ohm的电阻，这个50ohm的电阻要么接在从信号源到示波器地（比如并联或终端连接法）之间的线路中，要么在评估板上的电缆末端与信号源串联连接（比如源终端接法）。第3页中图6给出恰当的评估测试设置和终端连接方法。

聪明的读者可能会问这样一个问题，将50ohm电阻直接放在评估板上是否能够滤掉这些噪声尖峰呢？图4（第2页）显示将一个50ohm的电阻放置在后端电路中的测试结果，与没有50ohm电阻时测量到的噪声尖峰一样大，因为这个电阻接在了错误的电缆终端。

检验数据

理论上，还存在许多其他噪声尖峰产生机制。例如，近场的磁耦合或共模噪声干扰。不过，YOTTA公司通过总结如第2页所示的实验结果数据说明传输电缆的正确连接是影响噪声尖峰大小的首要因素。图片中所有波形的带宽限制为500MHz，电压显示为20mV/格。

图1：在评估板上测得的噪声尖峰幅值，在电缆的正确末端（这个末端在示波器上）并联了一个50欧姆的终端电阻

图2：在评估板上测得的噪声尖峰幅值，在评估板上的终电缆端处与信号源串联一个50欧姆的源终端电阻

图3：在评估板上测得的噪声尖峰幅值，在输入电压线上接了一个50欧姆的源终端电阻和一个共模电感

图4：在评估板上测得的噪声尖峰幅值，在电缆的错误终端（这个终端在评估板上）并联一个的50欧姆的电阻

图5：在评估板上测得的噪声尖峰幅值，电缆线没有终端连接。这就是当前评估板接线方式

表1：在不同端接方式下，噪声尖峰幅值的概览

端接方式的回顾

上述的数据显著表明，端接方式的不同对输出电压纹波的测量结果产生了很大的影响。其中，源终端连接与末端终端连接测试结果有微小区别的原因是在测试板上两个BNC连接器被隔离了。对任何目的和意图而言，这两种终端方式都会产生相同的结果。所以，选择源终端连接或者末终端连接，需要权衡两者的优劣势，如下表2所示为两种方式优劣势比较。

表2：使用源终端方式还是末终端方式的测量方法的优劣势比较

图6：用恰当终端方式连接示波器的测试的DC/DC转换器（源终端连接和末终端连接）

总结

测量转换器输出电压纹波时所出现的高频噪声尖峰并不一定能够表明被测试的dc/dc转换器存在问题。因为使用不恰当的终端连接方式将会在输电传输线上引起反射噪声，而这种反射噪声并不是由转换器本身产生的。采用本文中所讲的恰当终端连接方式进行测试，示波器上看到的测量纹波将会更真实，更精准。