電源紋波
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-09-22
電源紋波的實(shí)例教程
何為紋波？
由于直流穩(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而形成的，這就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。紋波的成分較為復(fù)雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻的類似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。對于不同的場合，對紋波的要求各不一樣。
紋波的表示方法可以用有效值或峰值來表示，可以用絕對量，也可以用相對對量來表示。例如一個(gè)電源工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，其輸出為100V 5A，測得紋波的有效值為10mV，這10mV就是紋波的絕對量，而相對量即 紋波系數(shù)=紋波電壓/輸出電壓=10mv/100V=0.01%，即等于萬分之一。
為什么你的電源紋波那么大？
某用戶在用500MHz帶寬的示波器對其開關(guān)電源輸出5V信號的紋波進(jìn)行測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)紋波和噪聲的峰峰值達(dá)到了900多mV（如下圖所示），而其開關(guān)電源標(biāo)稱的紋波的峰峰值<20mv。雖然用戶電路板上后級還有LDO對開關(guān)電源的這個(gè)輸出再進(jìn)行穩(wěn)壓，但用戶認(rèn)為測得的這個(gè)結(jié)果過大，不太可信，希望找出問題所在。
問題分析
電源紋波測試過大的問題通常和使用的探頭以及前端的連接方式有關(guān)。首先檢查了用戶探頭的連接方式，發(fā)現(xiàn)其使用的是如下面左圖所示的長的鱷魚夾地線，而且接地點(diǎn)夾在了單板的固定螺釘上，整個(gè)地環(huán)路比較大。由于大的地環(huán)路會(huì)引入更多的開關(guān)電源造成的空間電磁輻射噪聲以及地環(huán)路噪聲，于是更換成如下面右圖所示的短的接地彈簧針。
經(jīng)過實(shí)際測試，發(fā)現(xiàn)測得的紋波噪聲的峰峰值有很大改善，如下圖所示。
展開 何為波紋
由于直流穩(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而形成的，這就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。紋波的成分較為復(fù)雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻的類似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。對于不同的場合，對紋波的要求各不一樣。
紋波的表示方法可以用有效值或峰值來表示，可以用絕對量，也可以用相對對量來表示。例如一個(gè)電源工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，其輸出為100V 5A，測得紋波的有效值為10mV，這10mV就是紋波的絕對量，而相對量即紋波系數(shù)=紋波電壓/輸出電壓=10mv/100V=0.01%，即等于萬分之一。
為什么你的電源波紋那么大
某用戶在用500MHz帶寬的示波器對其開關(guān)電源輸出5V信號的紋波進(jìn)行測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)紋波和噪聲的峰峰值達(dá)到了900多mV（如下圖所示），而其開關(guān)電源標(biāo)稱的紋波的峰峰值<20mv。雖然用戶電路板上后級還有LDO對開關(guān)電源的這個(gè)輸出再進(jìn)行穩(wěn)壓，但用戶認(rèn)為測得的這個(gè)結(jié)果過大，不太可信，希望找出問題所在。
01
問題分析
電源紋波測試過大的問題通常和使用的探頭以及前端的連接方式有關(guān)。
展開 1、概述
關(guān)于電源噪聲與紋波相關(guān)的測試，是每個(gè)硬件工程師都避不開的話題。那么如何正確區(qū)分紋波與噪聲并采用高效的方法測試顯得尤其重要。本篇文章針對電源紋波與噪聲的測試做一些簡單的描述。
2、紋波與噪聲對比
講噪聲與紋波測試方法之前，我們先來認(rèn)識(shí)一下到底什么是電源的紋波與噪聲呢？拋開一些繁瑣的文字概念，下面用一個(gè)圖和一張表概括的描述下(關(guān)于更細(xì)節(jié)的內(nèi)容，建議到各大芯片網(wǎng)站自行查閱)
一個(gè)圖
圖 1 電源紋波與噪聲
一張表
頻率特點(diǎn)
頻率范圍
影響
要求
紋波
頻率固定，與開關(guān)頻率有關(guān)
一般認(rèn)為≤5MHz
影響芯片基本性能和穩(wěn)定性
1%
噪聲
頻率不固定，與用電器件有關(guān)
一般認(rèn)為≥5MHz
影響數(shù)據(jù)收發(fā)數(shù)據(jù)可靠性、丟包，錯(cuò)包概率
3%~5%
3、如何進(jìn)行噪聲與紋波的測試？
噪聲測試方法
示波器耦合方式選擇交流耦合檔位；
帶寬限制選擇全帶寬；
將示波器探頭的地夾線去掉，換上接地環(huán)，用探針靠接需要測試位置，接地環(huán)就近連接在裸露的地上，觀察輸出的波形。
紋波測試方法
在測試紋波的時(shí)候需要使用20MHz的帶寬限制，目的是為了把高頻的噪聲去掉，位置要選擇在電源輸出位置，抓到真實(shí)的電源紋波。
展開 二、紋波的危害
一般來說紋波是有百害而無一利的，紋波的危害主要有以下幾點(diǎn)：
a.電源中攜帶的紋波會(huì)在電器上產(chǎn)生諧波，降低電源的使用效率；
b.較高的紋波可能會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓或電流，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備運(yùn)行不正常或加速設(shè)備老化；
c.在數(shù)字電路中紋波會(huì)干擾電路邏輯關(guān)系；
d.紋波還會(huì)給通信、測量和計(jì)量儀器、儀表帶來噪音干擾，破壞信號的正常測量、計(jì)量，甚至損壞設(shè)備。
所以在制作電源的時(shí)候，我們都要考慮將紋波降低到百分之幾以下，對紋波要求高的設(shè)備要考慮把紋波降低到更小。
電源紋波的測量方法通常分為兩大類，一類是單獨(dú)電源的鑒定，另一類是產(chǎn)品的調(diào)試測量。
在電源行業(yè)和電源用戶對電源鑒定時(shí)，要求選擇在室內(nèi)（20℃左右）進(jìn)行，濕度應(yīng)小于80%，周圍對測量有影響的機(jī)械震動(dòng)及電磁干擾最小，標(biāo)準(zhǔn)儀器與被檢電源應(yīng)在以上的測試環(huán)境下放置24小時(shí)以上。
對于純電源來講，測量電源紋波時(shí)，要求在加載時(shí)測量，所加負(fù)載要使輸出電流大于額定輸出電流的80%以上。
對于低噪聲的純阻性負(fù)載或電子負(fù)載，還要選擇對應(yīng)的測量標(biāo)準(zhǔn)。不同的標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)產(chǎn)生不同的測量結(jié)果。
紋波電壓可以用絕對量表示，也可用相對量來表示。一般用紋波電壓與直流輸出電壓的比例來評價(jià)直流電源的濾波性能，即紋波系數(shù)。紋波系數(shù)作為評價(jià)直流電源的一個(gè)重要指標(biāo)，其計(jì)算方法為紋波電壓的有效值與直流輸出電壓的百分比。
展開 二、紋波的危害
一般來說紋波是有百害而無一利的，紋波的危害主要有以下幾點(diǎn)：
電源中攜帶的紋波會(huì)在電器上產(chǎn)生諧波，降低電源的使用效率；
較高的紋波可能會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓或電流，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備運(yùn)行不正常或加速設(shè)備老化；
在數(shù)字電路中紋波會(huì)干擾電路邏輯關(guān)系；
紋波還會(huì)給通信、測量和計(jì)量儀器、儀表帶來噪音干擾，破壞信號的正常測量、計(jì)量，甚至損壞設(shè)備。
所以在制作電源的時(shí)候，我們都要考慮將紋波降低到百分之幾以下，對紋波要求高的設(shè)備要考慮把紋波降低到更小。
電源紋波的測量方法通常分為兩大類，一類是單獨(dú)電源的鑒定，另一類是產(chǎn)品的調(diào)試測量。
在電源行業(yè)和電源用戶對電源鑒定時(shí)，要求選擇在室內(nèi)（20℃左右）進(jìn)行，濕度應(yīng)小于80%，周圍對測量有影響的機(jī)械震動(dòng)及電磁干擾最小，標(biāo)準(zhǔn)儀器與被檢電源應(yīng)在以上的測試環(huán)境下放置24小時(shí)以上。
對于純電源來講，測量電源紋波時(shí)，要求在加載時(shí)測量，所加負(fù)載要使輸出電流大于額定輸出電流的80%以上。
對于低噪聲的純阻性負(fù)載或電子負(fù)載，還要選擇對應(yīng)的測量標(biāo)準(zhǔn)。不同的標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)產(chǎn)生不同的測量結(jié)果。
紋波電壓可以用絕對量表示，也可用相對量來表示。一般用紋波電壓與直流輸出電壓的比例來評價(jià)直流電源的濾波性能，即紋波系數(shù)。
展開 
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電源紋波的最新內(nèi)容
無論是超導(dǎo)磁體勵(lì)磁、中性束注入高壓供電，還是等離子體診斷、弧流驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)，都需要電源具備極低紋波、高穩(wěn)定度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下長期可靠工作的能力。尤其是在脈沖工況下，電源需在毫秒級時(shí)間內(nèi)完成能量精確輸出，任何波動(dòng)都可能影響等離子體約束狀態(tài)。
在國內(nèi)新一代聚變裝置建設(shè)中，電源系統(tǒng)的自主化程度不斷提升。
一期一會(huì) | 什么是電源完整性？3個(gè)月前
但是，這種電源開關(guān)會(huì)引起瞬態(tài)電壓變化，由于電源網(wǎng)絡(luò)中電感的影響，導(dǎo)致供電電壓的峰值變化，這也被稱為電源噪聲或紋波。
引起電壓波動(dòng)的另一個(gè)原因，是電流需求的快速變化。比如，晶體管從0狀態(tài)切換到1狀態(tài)（通常由時(shí)鐘信號觸發(fā)）是產(chǎn)生動(dòng)態(tài)電流的最常見原因。設(shè)備PDN中的穩(wěn)壓器模塊（VRM）無法立即對電流變化做出響應(yīng)，這可能會(huì)導(dǎo)致電壓出現(xiàn)尖峰或下降（稱為電壓紋波）。
另外NTP8835C芯片內(nèi)部設(shè)置有完善的保護(hù)機(jī)制，專門的降噪技術(shù)，可處理電源上的紋波引起的噪聲；特別針對低阻抗、大電流工作情況下的功率放大技術(shù)，令其擁有超高的效率和穩(wěn)定性；能適應(yīng)惡劣環(huán)境；可廣泛應(yīng)用于家庭影院系統(tǒng)、音樂播放器、電視音響和汽車音響等領(lǐng)域。
同時(shí)，為了降低電源紋波，3個(gè)通道有一定的延時(shí)導(dǎo)通功能，這樣在幀刷新時(shí)，可降低電路紋波。
芯片采用單線歸零碼的通訊方式，芯片在上電復(fù)位以后，DIN端接受從控制器傳輸過來的數(shù)據(jù)，首先送過來的24bit數(shù)據(jù)被第一個(gè)芯片提取后，送到芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)鎖存器，剩余的數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)部整形處理電路整形放大后通過DO端口開始轉(zhuǎn)發(fā)輸出給下一個(gè)級聯(lián)的芯片，每經(jīng)過一個(gè)芯片的傳輸，信號減少24bit。
芯片采用單線歸零碼的通訊方式；同時(shí)，為了降低電源紋波，3個(gè)通道有一定的延時(shí)導(dǎo)通功能，在幀刷新時(shí)，可降低電路紋波。采用自動(dòng)整形轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，使得該芯片的級聯(lián)個(gè)數(shù)不受信號傳送的限制，僅僅受限信號傳輸速度要求。
IC的數(shù)據(jù)鎖存器根據(jù)接收到的24位數(shù)據(jù)在IO_R、IO_G、IO_B端口產(chǎn)生不同占空比的信號；當(dāng)DIN端口輸入復(fù)位信號時(shí)，所有芯片同步將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到各個(gè)段。
同時(shí)，為了降低電源紋波，3個(gè)通道有一定的延時(shí)導(dǎo)通功能，這樣在幀刷新時(shí)，可降低電路紋波。
芯片采用單線歸零碼的通訊方式，芯片在上電復(fù)位以后，DIN端接受從控制器傳輸過來的數(shù)據(jù)，首先送過來的24bit數(shù)據(jù)被第一個(gè)芯片提取后，送到芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)鎖存器，剩余的數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)部整形處理電路整形放大后通過DO端口開始轉(zhuǎn)發(fā)輸出給下一個(gè)級聯(lián)的芯片，每經(jīng)過一個(gè)芯片的傳輸，信號減少24bit。
另外NTP8835上集成了韓國NF獨(dú)特的技術(shù)專利，如NS降噪算法可以處理電源上的紋波引起的噪聲、APEQ功能調(diào)節(jié)、虛擬3D等，大幅度增強(qiáng)優(yōu)化聲音輸出效果。
韓國NF的數(shù)字功放有專門的降噪技術(shù)，可以處理電源上的紋波引起的噪聲；特別針對低阻抗、大電流工作情況下的功率放大技術(shù)，令其擁有超過95%的效率和出色穩(wěn)定性；能適應(yīng)惡劣環(huán)境，為功放提供持續(xù)澎湃的動(dòng)力。
傳感輸入
◆電源電壓范圍寬:2.7V～5.5V（單路供電）
◆簡單和低成本的解決方案；使用外部組件少
◆嵌入式GreenTouch5CTM引擎
-模擬補(bǔ)償電路
-嵌入式數(shù)字噪聲濾波器
-智能靈敏度校準(zhǔn)
-嵌入式噪聲緩沖器(CS、RS EFT、沖動(dòng)和電源紋波噪聲)
◆提供中斷功能；提供幻燈片功能；提供“寄存器寫入鎖定”功能。
第三個(gè)因素是前置電源的紋波影響。
一般為了降低功耗，LDO前級選擇DCDC開關(guān)降壓電路，BUCK工作時(shí)會(huì)有紋波，使得LDO輸入電壓會(huì)有最低值，由于電容的存在，這一點(diǎn)的影響不是特別大，只有在極個(gè)別情況下才會(huì)考慮這點(diǎn)。
