圖4. SMPS輸出上的測(cè)量電壓。所有通道都在相同的10 mV / div范圍內(nèi)。探頭衰減會(huì)影響SNR
有兩個(gè)重要的觀察結(jié)果。首先，1×同軸電纜的一般噪聲水平遠(yuǎn)低于10×探頭。這實(shí)際上是由于10×探針不是10×探針，它是0.1×探針。它將信號(hào)衰減10倍，將其幅度降低20 dB。當(dāng)我們測(cè)量小信號(hào)電平時(shí)，例如幾十毫伏，測(cè)得的電壓對(duì)示波器的放大器噪聲很敏感。
大多數(shù)示波器足夠聰明，可以識(shí)別出通道上附有10×探頭。它們會(huì)自動(dòng)調(diào)整顯示的電壓標(biāo)度，以補(bǔ)償十倍因子衰減并顯示尖端電壓。因此，當(dāng)示波器以10 mV / div刻度顯示信號(hào)時(shí)，它實(shí)際上在放大器上使用1 mV / div刻度。我們所看到的是，尖端噪聲的峰值到峰值幾乎達(dá)到10 mV，實(shí)際上在示波器放大器的峰峰值噪聲約為1 mV。
使用SMA連接的同軸電纜實(shí)際上是1×探頭。該跡線也以10 mV / div刻度顯示。在這種情況下，1 mV峰峰值放大器噪聲或多或少地包含在跡線的線寬內(nèi)。
這表明了一個(gè)重要的最佳測(cè)量實(shí)踐：當(dāng)我們觀察低幅度信號(hào)時(shí)，例如電源軌噪聲，任何10倍衰減探頭都會(huì)使我們的SNR降低20 dB。當(dāng)每個(gè)dB計(jì)數(shù)時(shí)，請(qǐng)勿使用衰減探頭。
同軸連接與示波器探頭
第二個(gè)觀察結(jié)果是，同軸連接中不存在大而尖銳的尖峰，而是存在于兩個(gè)10×探針測(cè)量中。由于其中一個(gè)探頭甚至沒有接觸到軌道輸出，這強(qiáng)烈表明尖峰尖峰噪聲是由于RF拾取引起的，而不是SMPS輸出上的電壓噪聲。
這表明第二個(gè)重要的最佳測(cè)量實(shí)踐：在測(cè)量低幅度信號(hào)時(shí)，使用盡可能接近同軸連接的測(cè)量設(shè)置，以減少探頭的環(huán)路面積及其作為天線的有效性。
如果我們實(shí)施這兩個(gè)最佳測(cè)量實(shí)踐，我們?cè)?.3 V電壓軌中具有30 mV的峰峰值紋波噪聲。這是1％的紋波，非常適合低成本的SMPS。此外，高頻噪聲大大降低，并且短時(shí)瞬態(tài) - 實(shí)際上作為RF拾取噪聲而不是軌電壓噪聲 - 不再作為切換器輸出信號(hào)的一部分顯示。
頻域噪聲
只要我使用靠近我的電源和信號(hào)路徑的地平面，這是一個(gè)重要的最佳半導(dǎo)體設(shè)計(jì)實(shí)踐，由此SMPS供電的設(shè)備和我板上的信號(hào)將只看到由50 kHz產(chǎn)生的諧波SMPS。
使用直接同軸，低噪聲連接，我測(cè)量了SMPS電源軌上的噪聲頻譜。一個(gè)例子如圖5所示。

圖5.電源軌上的噪聲頻譜。Top 是時(shí)變頻譜圖，超過10秒，顯示非常穩(wěn)定的幅度。在此比例下，0 dBmV是1 mV幅度噪聲。頻譜中的峰值是開關(guān)頻率的50 kHz諧波。一次諧波的幅度約為10 dBmV，即3 mV。這遠(yuǎn)小于在時(shí)域中測(cè)量的30mV峰峰值電壓。這是因?yàn)榧y波噪聲具有如此低的占空比。在一次諧波的短時(shí)三角脈沖中沒有太多的正弦波。大量高次諧波表示時(shí)域中波形的奇怪形狀及其高頻內(nèi)容。
所有開關(guān)噪聲均低于約3 MHz時(shí)的10μV幅度。對(duì)于我的應(yīng)用，這是一個(gè)可接受的噪音水平，實(shí)際上對(duì)于這種低成本的SMPS來說它非常低。
結(jié)論
本文討論了關(guān)于開關(guān)電源實(shí)際產(chǎn)生的電壓噪聲的重要考慮因素，并介紹了兩種最佳測(cè)量方法，可幫助您對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出軌進(jìn)行精確的示波器測(cè)量。