硬件测试项之电源纹波的测量和纹波的要求、纹波的抑制

引言

一、电源纹波的测量方法

1.带宽限制：开启 20MHz 带宽限制

        纹波电压的频率等同于芯片开关频率，为了防止探头拾取到环境中的高频噪声，我们需要将示波器中测试纹波电压的通道带宽限制在 20MHz。

2. 耦合方式：选择交流 AC 耦合

        纹波电压是指叠加在直流电压中的交流成分，所以我们在测试纹波电压时，可以选用交流耦合方式，只测量叠加在直流信号上的交流信号即可。

3. ms/格、mv/格设置

        ≥2ms/格（以观察交流整流对纹波的影响） 、10mv/格或20mv/格（量程打得越大，示波器的底噪声越高）。        

4. 探头设置：取消探头地线夹（使用接地弹簧） 、选择×1档

        由于探头自带地线夹会像天线一样接收空间中的电磁辐射，影响测试结果，所以测试时不能使用地线夹，如图 1。推荐使用探头顶部的接地点接地，即探头直接靠在测试端，如图 2。

二、纹波要求

1.Vo≤3.3V时

        Vp-p<60mV。

2.Vo＞3.3V且≤5V时

        Vp-p<100mV(无动态负载)，Vp-p<250mV(有动态负载，如功放，电机等)。

3.Vo＞5V且≤12V时

        Vp-p<600mV(无动态负载)，Vp-p<1200mV(有动态负载，如功放，电机等)。

4.Vo＞12V时

        Vp-p<600mV(无动态负载)，Vp-p<1500mV(有动态负载，如功放，电机等)。

三、纹波抑制

1.增大输出电容

        增大输出电容容量也就是增大了电源系统所存储的能量，当负载在加载过程中需要大电流提供时，电源平面上较大的电容即可为负载提供瞬时所需的能量，使得电压波动不大。但是电容的选择也是很重要的，对于小电流电源平面（负载电流3A这种）可能增加些许陶瓷电容即可达到较好的需求，但是对于大电流电源平面（负载电流上百A这种），所增加的电容容量就会变得很大，此时ESR就变成了考虑对象。通常负载是低压大电流的，一般选择大容量低ESR的高分子铝电解电容，而不选择铝液体电解电容。

2.提高芯片的开关频率

        提高高频纹波频率，有利于抑制输出高频纹波，但是过大的开关频率容易造成EMI辐射超标，因此开关频率最好还是选择一个合适的值。

3.增大输出电感

        根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值可以减小输出电源的纹波。

4.优化反馈环路设计

        增加前馈电容、选择带有COT控制模式的芯片。

5.优化PCB布局布线

        DCDC输出纹波大小是电源平面系统性的问题，在绝大多数情况下通过以上措施理论上可以减小输出的纹波，但是也要注意PCB的布局与布线，比如：功率环路尽量小，反馈走线尽量短且远离其他干扰信号线等。

6.使用LDO供电

        在DC-DC后串联一个LDO，衰减开关模式电源产生的电压纹波（利用LDO的高PSRR来降低输出电压纹波）。

影响PSRR变量：