纹波

开关电源的纹波是指，叠加在开关电源输出电压上，频率与开关频率一致的交流量，其产生原因是开关电源的电流纹波作用在电容的ESR上。而噪声一般是指全带宽下输出电压上叠加的交流量。

测量纹波、噪声，需要使用隔直板+同轴电缆，而隔直板上的电容容量需要根据开关频率进行确定。

纹波测量：用同轴电缆从电源模块上引出输出，接到隔直板上，然后再通过同轴电缆接入示波器。示波器阻抗选择50欧姆，AC耦合，带宽限制在20MHz，然后进行测量与读数。测出的波形一般近似于三角波。

噪声测量：将示波器的带宽限制取消，其余配置相同，然后进行测量与读数。

我们在测试纹波的时候，希望能够测试准确，不希望其他频段的干扰引入导致测试数据异常。所以用同轴电缆或者探头测试纹波的时候，地线的处理都尤为关键，否则会通过地线引入不必要的噪声。

下面给大家介绍下。　

<strong>减少EMI的干扰</strong>

采用金属外壳做屏蔽减小外界电磁场辐射干扰。为减少从电源线输入的电磁干扰，在电源输入端加EMI滤波器。

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<strong>在输出端采用高频性能好、ESR低的电容</strong>

采用高分子聚合物固态电解质的铝或钽电解电容作输出电容是最佳的，其特点是尺寸小而电容量大，高频下ESR阻抗低，允许纹波电流大。它最适用于高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器及DC/DC模块电源作输出电容。

<strong>采用与产品系统的频率同步</strong>

图1显示了组成一个电容器的基本寄生，由等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）组成，并且以曲线图呈现出三种电容器（陶瓷电容器、铝质电解电容器和铝聚合物电容器）的阻抗与频率之间的关系。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-02/wen_zhang_/100047259-89167-1.pn…; alt="图1:寄生对陶瓷、铝和铝聚合物电容器阻抗的影响不同" width="600"></center><center>图1:寄生对陶瓷、铝和铝聚合物电容器阻抗的影响不同</center>

表1显示了用于生成这些曲线的各个值。这些值为低压（1V~2.5V）、中等强度电流（5A）同步降压源的典型值。

<strong>1、储能电感</strong>

储能电感在工作频率下的Q值越大越好。很多人只注意到电感量，其实Q值的影响要大得多，电感量是可以在很大范围内波动的，只要满足要求就可以。

<strong>2、滤波电容</strong>

滤波电容的ESR和ESL是非常重要的参数，越低越好，仅追求容量是远远不够的，当然在满足足够低的ESR和ESL的前提下，容量大些较好。开关电源的滤波电容优选X7R或X5R电容与钽电解的组合，纹波稍放宽的话可用Y5V电容和瘦高外观的铝电解（低ESL型）配合。

<strong>3、PCB设计</strong>

开关电源的PCB设计非常重要。在前两个条件都满足时，如果纹波参数还是达不到手册中载明的数值，问题就可以肯定是出在PCB上。开关电源芯片的取样及滤波回路的设计非常讲究，PCB分布参数不合适会导致调整误差或滤波效率变差，严重时甚至可能导致自激（一般在特定的负载强度下发生），故不得不查。原则是取样回路和滤波回路要尽量贴近开关电源IC，PCB走线不可太长、太细；类似的储能电感也有同样原则，只是影响稍小。布局、走线不利相当于降低了电感的Q值。

开关稳压电源非常关键的一个指标就是纹波，它主要是由开关变换的方式导致的，也因纹波的存在会影响到后续电路的工作，尤其是在对纹波比较敏感的场合下。如何正确测量开关电源纹波？如何有效抑制开关电源的纹波以达到供电电路的要求？这些都是PCB设计工程师需要掌握的重要技能。

<strong>开关电源纹波的测量</strong>

要有效降低开关电源输出纹波我们首先得有个比较靠谱的测试方法，由于测试方法的问题而导致的假波形是整改不好的

基本要求：使用示波器AC耦合，20MHz带宽限制，拔掉探头的地线

1，AC耦合是去掉叠加的直流电压，得到准确的波形。

2，打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰，防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大，测量的时候应除去。

3，拔掉示波器探头的接地夹，使用接地环测量，是为了减少干扰。很多部门没有接地环，如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。

还有一点是要使用50Ω终端。横河示波器的资料上介绍说，50Ω模块是除去DC成分，精确测量AC成分。但是很少有示波器配这种专门的探头，大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量，影响暂时不清楚。

对滤波效果而言，电容的ESL和ESR参数都很重要，电感会阻止电流的突变，电阻则限制了电流的变化率，这些影响对电容的充放电显然都不利。优质的电容在设计及制造时都采取了必要的手段来降低ESL和ESR，故而横向比较起来，同样的容量滤波效果却不同。

<strong>开关电源纹波的测量</strong>

要有效降低开关电源输出纹波我们首先得有个比较靠谱的测试方法，不能是由于测试方法的问题而导致的假波形是整改不好的

基本要求：使用示波器AC 耦合，20MHz 带宽限制，拔掉探头的地线

1，AC 耦合是去掉叠加的直流电压，得到准确的波形。

2，打开20MHz 带宽限制是防止高频噪声的干扰，防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大，测量的时候应除去。

3，拔掉示波器探头的接地夹，使用接地环测量，是为了减少干扰。很多部门没有接地环，如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。

还有一点是要使用50Ω 终端。横河示波器的资料上介绍说，50Ω 模块是除去DC 成分，精确测量AC 成分。但是很少有示波器配这种专门的探头，大多数情况是使用标配100KΩ 到10MΩ 的探头测量，影响暂时不清楚。

上面是测量开关纹波时基本的注意事项。如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω 同轴电缆方式测量。

在测量高频噪声时，使用示波器的全通带，一般为几百兆到GHz 级别。其他与上述相同。