輸出電壓上的高頻噪音，一般是由于MOSFET輸出的開(kāi)關(guān)電壓V-Phase的振鈴引起的，而振鈴主要是由于路徑上的寄生電感引起的。此外也會(huì)從探頭耦合進(jìn)來(lái)，所以在測(cè)試時(shí)需要盡量減少探頭的耦合的干擾，這樣測(cè)試得到的結(jié)果才會(huì)比較可信。

本文試圖闡述開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與測(cè)試中的若干細(xì)節(jié)問(wèn)題，這是一些比較容易被忽視的小細(xì)節(jié)。

一、紋波的測(cè)量

（一）、紋波的組成成分

電源性能的最直觀的表現(xiàn)是電源紋波，所謂電源的紋波就是指電源輸出電壓的波動(dòng)。

如果是開(kāi)關(guān)電源，輸出紋波是有規(guī)律的擺動(dòng)，擺動(dòng)的頻率等于開(kāi)關(guān)頻率。紋波的形成是因?yàn)?a href="http://www.www27dydycom.cn/tags/電流/" target="_blank">電流流過(guò)輸出電容在電容的ESR上所引起的壓降，開(kāi)關(guān)電源中不斷地有脈動(dòng)的電流流經(jīng)電容，所以它的紋波的頻率等于開(kāi)關(guān)頻率。

圖1、開(kāi)關(guān)頻率為500KHZ的開(kāi)關(guān)電源的輸出紋波

然后，細(xì)心的你還會(huì)發(fā)現(xiàn)，脈動(dòng)的電壓波動(dòng)上疊加了細(xì)細(xì)的“針針”，這是開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)信號(hào)所引起的開(kāi)關(guān)噪音。因此，準(zhǔn)確地說(shuō)，電源的輸出波動(dòng)實(shí)際上有兩個(gè)部分組成，紋波與噪音。

圖2、電源的輸出波動(dòng)的分解

前面已提及紋波的形成是因?yàn)槊}動(dòng)的電流流過(guò)輸出電容，然后在電容的ESR上所形成的壓降，所以要想消滅紋波是不可能的，只能是盡可能地去減小。

而疊加在紋波上的噪音卻是有機(jī)會(huì)得到改善的，在開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)管引起的開(kāi)關(guān)噪音會(huì)疊加到輸出電壓上，然后因?yàn)槠漕l率很多，很難被濾波器濾除，所以容易擴(kuò)散至整個(gè)PCB板子，引起EMC問(wèn)題。

關(guān)于開(kāi)關(guān)噪音的改善，下文再詳細(xì)闡述。在想辦法解決問(wèn)題之前，我們需要獲得準(zhǔn)確的信息來(lái)作決策的依據(jù)，錯(cuò)誤的信息輸入必將得到更加錯(cuò)誤的決定。

（二）、如何正確地測(cè)量電源的輸出電壓的紋波？

為了敘述的方便，我們一般把輸出電壓的波動(dòng)統(tǒng)稱為紋波，但是我們?cè)趦?nèi)心深處必須時(shí)刻有一個(gè)根深蒂固的概念，我們?cè)跍y(cè)試時(shí)實(shí)際上是為了獲取兩個(gè)信息：紋波電壓以及噪音。

紋波電壓的形成與脈動(dòng)電流和電容的ESR相關(guān)，所以在測(cè)試時(shí)需要分別測(cè)試不同負(fù)載電流下的紋波電壓，這是基于不同的脈動(dòng)電流的考量。最需要的注意的是不要人為地增加ESR，所以測(cè)試時(shí)需要在輸出電容的兩端就近測(cè)量，否則路徑會(huì)額外增加ESR值。

噪音的形成與開(kāi)關(guān)路徑上的寄生電感相關(guān)，所以在測(cè)試時(shí)需要注意不能引進(jìn)額外的寄生電感，否則測(cè)試所得的開(kāi)關(guān)噪音會(huì)大于實(shí)際值。

圖3和圖4是兩種錯(cuò)誤的紋波測(cè)量的方法，它們正確的地方是在電容兩端就近測(cè)量，錯(cuò)誤在于引入或者說(shuō)吸收了噪音，使得測(cè)試所得的結(jié)果偏離實(shí)際情況。

圖3、錯(cuò)誤的紋波測(cè)量方法

圖4的錯(cuò)誤很容易被忽視，就是在測(cè)試時(shí)必須移除多余閑置的探棒，避免人為地引入噪音。

圖4、在紋波測(cè)量時(shí)，請(qǐng)移除多余的閑置探棒

圖5、正確的紋波測(cè)量方法

正確測(cè)量紋波的姿態(tài)是使用紋波帽，如圖5示意，這樣可以保證測(cè)量路徑最短，引入的噪音最少。

圖6、簡(jiǎn)易高效的紋波測(cè)量方法

如果，手頭條件有限，沒(méi)有紋波帽咋辦？其實(shí)很簡(jiǎn)單，可以自制。在密集測(cè)量時(shí)，還可以使用圖6的方法，將自制的紋波帽直接焊到PCB板上。

（三）、如何優(yōu)雅地測(cè)量電源的輸出電壓的紋波？

前文講了如何正確地測(cè)量紋波，為什么要這么做，這樣做的原理是什么，等等。很多事情算是老生常談了，相信多數(shù)人是知道的并且很熟悉的。

在這里，我想再提一個(gè)概念，優(yōu)雅地測(cè)試。前面是談如何正確地測(cè)量。正確測(cè)量是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，有具體的操作步驟和規(guī)范，而優(yōu)雅是一個(gè)態(tài)度問(wèn)題，很多時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)不同的人基于同樣的儀器和操作手冊(cè)卻得到了不同的測(cè)量結(jié)果。

圖7是測(cè)試人員在測(cè)試紋波時(shí)，探棒沒(méi)有“站直”，斜躺著，結(jié)果很不幸躺到了電感上，而電感是輻射源。在質(zhì)疑其測(cè)量結(jié)果時(shí)，他還委屈，說(shuō)采用了紋波帽，而且是就近測(cè)量的啊。后來(lái)，仔細(xì)觀察方才發(fā)現(xiàn)測(cè)量的姿勢(shì)有問(wèn)題。

圖7、不同的測(cè)量姿勢(shì)，得到不同的結(jié)果

（四）、如何評(píng)估測(cè)量結(jié)果的正確性？

看了前文的敘述，你也許會(huì)很緊張，如何才能保證每一個(gè)測(cè)試的姿勢(shì)都是非常之優(yōu)雅呢？是否每一項(xiàng)測(cè)試都需要親力親為呢？

其實(shí)是有很多小竅門去判斷測(cè)試結(jié)果是否可信的，在電源的測(cè)試中，會(huì)有很多小的子項(xiàng)目的測(cè)試，子項(xiàng)目之間實(shí)際上有關(guān)聯(lián)的，細(xì)心的你定能“火眼金睛”的看出報(bào)告里的貓膩。

繼續(xù)前文圖7的測(cè)試結(jié)果，開(kāi)關(guān)噪音因?yàn)闆](méi)有被濾波器濾除有殘留，殘留被疊加到輸出電壓上形成噪音。所以，往前追溯很容易找到噪音的源頭，而圖7的測(cè)試報(bào)告里，發(fā)現(xiàn)由開(kāi)關(guān)管輸入到電感的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的電壓信號(hào)的過(guò)沖和下沖算是比較好的（如圖8），不可能造成那么大的輸出噪音，這是理直氣壯地質(zhì)疑測(cè)試方法有問(wèn)題的根據(jù)。

圖8、BUCK電路中，MOSFET與電感之間的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（V_PHASE）的電壓波形

如果你是一位測(cè)試人員，在測(cè)試時(shí)需要做好自檢的工作，避免后續(xù)不必要的返工，以下思路供參考。

電感是一個(gè)很強(qiáng)的輻射源，開(kāi)關(guān)噪音不但通過(guò)傳導(dǎo)也會(huì)以空間輻射的形式，往外散發(fā)。為了避免空間中輻射的噪音對(duì)測(cè)結(jié)果的誤導(dǎo)，可有以下兩個(gè)對(duì)策來(lái)應(yīng)對(duì)。

1）、在測(cè)試時(shí)，探棒可嘗試不同的姿勢(shì)，選擇一個(gè)空間輻射對(duì)測(cè)試結(jié)果影響最小的姿勢(shì)。

2）、對(duì)測(cè)試結(jié)果的交叉驗(yàn)證可以減少錯(cuò)誤結(jié)果發(fā)生。輸出電壓上的開(kāi)關(guān)噪音，實(shí)際上和V_PHASE是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的。

V_PHASE的邊沿振鈴一般難以被輸出濾波器處理掉，最終表現(xiàn)為輸出電壓上的開(kāi)關(guān)噪音。如果輸出電壓上的開(kāi)關(guān)噪音很大，但是V_PHASE的邊沿振鈴卻不明顯，則說(shuō)明你所測(cè)試到的噪音很可能是來(lái)自空間中的輻射，此時(shí)可動(dòng)一動(dòng)探棒與PCB板子的夾角，努力將接收到的空間輻射降低到最小。