電源紋波的案例
干貨 | 為什么你的電源紋波那么大？
何為紋波？
由于直流穩定電源一般是由交流電源經整流穩壓等環節而形成的，這就不可避免地在直流穩定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩定量上的交流分量就稱之為紋波。紋波的成分較為復雜，它的形態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。例如一個電源工作在穩壓狀態，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=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電源輸出5V信號的紋波進行測試時，發現紋波和噪聲的峰峰值達到了900多mV（如下圖所示），而其開關電源標稱的紋波的峰峰值<20mv。雖然用戶電路板上后級還有LDO對開關電源的這個輸出再進行穩壓，但用戶認為測得的這個結果過大，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。首先檢查了用戶探頭的連接方式，發現其使用的是如下面左圖所示的長的鱷魚夾地線，而且接地點夾在了單板的固定螺釘上，整個地環路比較大。由于大的地環路會引入更多的開關電源造成的空間電磁輻射噪聲以及地環路噪聲，于是更換成如下面右圖所示的短的接地彈簧針。
經過實際測試，發現測得的紋波噪聲的峰峰值有很大改善，如下圖所示。
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何為波紋
由于直流穩定電源一般是由交流電源經整流穩壓等環節而形成的，這就不可避免地在直流穩定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩定量上的交流分量就稱之為紋波。紋波的成分較為復雜，它的形態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。例如一個電源工作在穩壓狀態，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=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電源輸出5V信號的紋波進行測試時，發現紋波和噪聲的峰峰值達到了900多mV（如下圖所示），而其開關電源標稱的紋波的峰峰值<20mv。雖然用戶電路板上后級還有LDO對開關電源的這個輸出再進行穩壓，但用戶認為測得的這個結果過大，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。
展開 如何正確地理解電源紋波、噪聲及其測試？
1、概述
關于電源噪聲與紋波相關的測試，是每個硬件工程師都避不開的話題。那么如何正確區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，我們先來認識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，下面用一個圖和一張表概括的描述下(關于更細節的內容，建議到各大芯片網站自行查閱)
一個圖
圖 1 電源紋波與噪聲
一張表
頻率特點
頻率范圍
影響
要求
紋波
頻率固定，與開關頻率有關
一般認為≤5MHz
影響芯片基本性能和穩定性
1%
噪聲
頻率不固定，與用電器件有關
一般認為≥5MHz
影響數據收發數據可靠性、丟包，錯包概率
3%~5%
3、如何進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，用探針靠接需要測試位置，接地環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，抓到真實的電源紋波。
展開 干貨｜什么是電源的紋波，如何測量它的值，又如何抑制呢？
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：
a.電源中攜帶的紋波會在電器上產生諧波，降低電源的使用效率；
b.較高的紋波可能會產生浪涌電壓或電流，從而導致電氣設備運行不正常或加速設備老化；
c.在數字電路中紋波會干擾電路邏輯關系；
d.紋波還會給通信、測量和計量儀器、儀表帶來噪音干擾，破壞信號的正常測量、計量，甚至損壞設備。
所以在制作電源的時候，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，一類是單獨電源的鑒定，另一類是產品的調試測量。
在電源行業和電源用戶對電源鑒定時，要求選擇在室內（20℃左右）進行，濕度應小于80%，周圍對測量有影響的機械震動及電磁干擾最小，標準儀器與被檢電源應在以上的測試環境下放置24小時以上。
對于純電源來講，測量電源紋波時，要求在加載時測量，所加負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載或電子負載，還要選擇對應的測量標準。不同的標準就會產生不同的測量結果。
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直流電源的濾波性能，即紋波系數。紋波系數作為評價直流電源的一個重要指標，其計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 
什么是電源的紋波，如何測量它的值，又如何抑制呢？
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：
電源中攜帶的紋波會在電器上產生諧波，降低電源的使用效率；
較高的紋波可能會產生浪涌電壓或電流，從而導致電氣設備運行不正常或加速設備老化；
在數字電路中紋波會干擾電路邏輯關系；
紋波還會給通信、測量和計量儀器、儀表帶來噪音干擾，破壞信號的正常測量、計量，甚至損壞設備。
所以在制作電源的時候，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，一類是單獨電源的鑒定，另一類是產品的調試測量。
在電源行業和電源用戶對電源鑒定時，要求選擇在室內（20℃左右）進行，濕度應小于80%，周圍對測量有影響的機械震動及電磁干擾最小，標準儀器與被檢電源應在以上的測試環境下放置24小時以上。
對于純電源來講，測量電源紋波時，要求在加載時測量，所加負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載或電子負載，還要選擇對應的測量標準。不同的標準就會產生不同的測量結果。
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直流電源的濾波性能，即紋波系數。
展開 干貨｜什么是電源的紋波，如何測量它的值，如何抑制呢？
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：
a.電源中攜帶的紋波會在電器上產生諧波，降低電源的使用效率；
b.較高的紋波可能會產生浪涌電壓或電流，從而導致電氣設備運行不正常或加速
設備老化；
c.在數字電路中紋波會干擾電路邏輯關系；
d.紋波還會給通信、測量和計量儀器、儀表帶來噪音干擾，破壞信號的正常測量、計量，甚至損壞設備。
所以在制作電源的時候，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，一類是單獨電源的鑒定，另一類是產品的調試測量。
在電源行業和電源用戶對電源鑒定時，要求選擇在室內（20℃左右）進行，濕度應小于80%，周圍對測量有影響的機械震動及電磁干擾最小，標準儀器與被檢電源應在以上的測試環境下放置24小時以上。
對于純電源來講，測量電源紋波時，要求在加載時測量，所加負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載或電子負載，還要選擇對應的測量標準。不同的標準就會產生不同的測量結果
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直流電源的濾波性能，即紋波系數。
展開 干貨｜開關電源的輸入電容紋波過大，有什么危害？
那么，我們是不是可以忽略開關電源輸入端的紋波呢？不是的。
開關電源的輸入電容紋波過大的話，會導致一些危害。
1、紋波過大，即使不影響本電源自己的工作，但是會通過輻射或者傳導，影響其他電路的正常工作。
案例：PCIe4X 變 1X。一個PCIeX4有時會編程X1，不穩定工作。通過分析和觀察，PCIe 11 lane 離12V電源平面過近，耦合到噪聲導致掉為1X或者os下掉盤。
案例2 SAS眼圖收干擾，掉盤。
在SATA控制器e端側的硬盤發的眼圖, 眼圖很差,眼睛完全沒睜開
根因分析：
12V上的開關紋波耦合到了1V1平面。
本板的處理器為X86處理器。X86處理的core電壓為符合規范的VID電源。VID電源的電流比較大，由12V電源經過DCDC而產生。而這個VID電源的MOS管的開關噪聲影響了前級的輸入12V。所有的DCDC輸入都是這個12V的電源網絡，所以這個開關電源反復開關產生的很大的對外的干擾。而1.1V的相鄰的電源平面為12V，12V上的干擾耦合到了1.1V平面。
2、如果同級電源有“線性電源”，可能會傳遞到“線性電源”的輸出端。
3、不論電容的容值是否能夠滿足紋波電壓的要求，電容上都有大的紋波電流。
輸入濾波電容的GND與其他敏感器件的GND共地，導致紋波直接傳導到敏感芯片，導致工作異常。通過單點接地，解決問題。
4、Vin的紋波太大了，會導致：觸發UVLO、或者導致芯片內部的組件工作異常。
展開 干貨｜電子工程師必知的解決EMI傳導干擾8大方法
當導線的長度等于或大于四分之一波長時，傳輸信號的線路一定要考慮阻抗匹配，不匹配的 傳輸線會產生駐波，并對周圍電路產生很強的輻射干擾。
對策六：減小電流回路的面積
圖6 減小電流回路的面積
如圖6所示，磁場輻射干擾主要是流過高頻電流回路產生的磁通竄到接收回路中產生的，因此，要盡量減小流過高頻電流回路的面積和接收回路的面積。
式 中：e1、 Φ1、S1、B1分別為輻射電流回路中產生的電動勢、磁通、面積、磁通密度；e2、 Φ2、S2、B2分別為輻射電流回路中產生的電動勢、磁通、面積、磁通密度。
圖7 電流回路輻射的詳解
下面以圖7示意，對電流回路輻射進行詳解。
如圖，S1為整流輸出濾波回路，C1為儲能濾波電容，i1為回路高頻電流，此電流在所有的電流回路中最大，其產生的磁場干擾也最嚴重，應盡量減小S1的面積。
在S2回路中，基本上沒有高頻回路電流，?I2主要是電源紋波電流，高頻成分相對很小，所以S2的面積大小基本上不需要考慮。
C2為儲能濾波電容，專門為負載R1提供能量，R1、R2不是單純的負載電阻，而是高頻電路負載，高頻電流i3基本上靠C2提供，C2的位置相對來說非常重要，它的連接位置應該考慮使S3的面積最小，S3中還有一個?I3，它主要是電源紋波電流，也有少量高頻電流成份。
在 S4回路中，基本上也沒有高頻回路電流，?I4主要為電源紋波電流，高頻成分相對很小，所以S4的面積大小基本上也不需要考慮。
展開 干貨｜解決EMI傳導干擾8大方法
當導線的長度等于或大于四分之一波長時，傳輸信號的線路一定要考慮阻抗匹配，不匹配的 傳輸線會產生駐波，并對周圍電路產生很強的輻射干擾。
對策六：減小電流回路的面積
圖6 減小電流回路的面積
如圖6所示，磁場輻射干擾主要是流過高頻電流回路產生的磁通竄到接收回路中產生的，因此，要盡量減小流過高頻電流回路的面積和接收回路的面積。
式 中：e1、 Φ1、S1、B1分別為輻射電流回路中產生的電動勢、磁通、面積、磁通密度；e2、 Φ2、S2、B2分別為輻射電流回路中產生的電動勢、磁通、面積、磁通密度。
圖7 電流回路輻射的詳解
下面以圖7示意，對電流回路輻射進行詳解。
如圖，S1為整流輸出濾波回路，C1為儲能濾波電容，i1為回路高頻電流，此電流在所有的電流回路中最大，其產生的磁場干擾也最嚴重，應盡量減小S1的面積。
在S2回路中，基本上沒有高頻回路電流，?I2主要是電源紋波電流，高頻成分相對很小，所以S2的面積大小基本上不需要考慮。
C2為儲能濾波電容，專門為負載R1提供能量，R1、R2不是單純的負載電阻，而是高頻電路負載，高頻電流i3基本上靠C2提供，C2的位置相對來說非常重要，它的連接位置應該考慮使S3的面積最小，S3中還有一個?I3，它主要是電源紋波電流，也有少量高頻電流成份。
在 S4回路中，基本上也沒有高頻回路電流，?I4主要為電源紋波電流，高頻成分相對很小，所以S4的面積大小基本上也不需要考慮。
展開 MLCC電容嘯叫！？怎么讓它閉嘴！
另一個是隱含的一個狀態，在項目初期，系統往往不穩定，負載在正常和低功耗模式之間反復切換，電源也容易在PWM和PFM兩個模式之間反復切換，這個切換的時隙，這也可能引起嘯叫，需要軟件優化系統的穩定性，避免負載工作模式異常切換來避免嘯叫。
4. BUCK電感的飽和電流選取不合適時，有可能使得輸出電流增加，會誤觸發電源進入過流保護，電源在正常工作模式和過流保護模式之間反復切換，有稱打嗝模式，也有一定可能性引起嘯叫，電感選取一定要合適。
5. 開關電源本身紋波就大，多相開關電源具有紋波小、電流大的優點，通過交錯相位，可以有效減小電源的紋波進而抑制嘯叫。
6. 抑制嘯叫，除了上述軟件、參數、架構的修改之外，一個典型的方案是使用抗嘯叫電容，比如村田KRM系列和ZRB系列。
其特殊的結構可降低電容器的嘯叫現象，可吸收由熱量和機械沖擊引起的應力，實現高可靠性。相比于Ta電容，抗嘯叫MLCC電壓變動⊿V比初期小7～22%。
7. 在布局的時候，也可以優化布局，電容彼此之間交錯排列，抑制振動。
8. 甚至有的人提出了在電容旁邊挖槽，緩解嘯叫的方案。
以上就是電容嘯叫的原理以及規避建議。
展開 干貨｜MLCC電容為什么會叫？怎么讓它閉嘴！
當電源處于輕載模式時，會間歇性的工作，間歇性輸出幾個脈沖，這個間歇性脈沖的頻率，也有可能被人耳聽到。所以也要從電源或者負載的角度，來優化PFM工作時間歇性脈沖的工作頻率，避免嘯叫。
3. 另一個是隱含的一個狀態，在項目初期，系統往往不穩定，負載在正常和低功耗模式之間反復切換，電源也容易在PWM和PFM兩個模式之間反復切換，這個切換的時隙，這也可能引起嘯叫，需要軟件優化系統的穩定性，避免負載工作模式異常切換來避免嘯叫。
4. BUCK電感的飽和電流選取不合適時，有可能使得輸出電流增加，會誤觸發電源進入過流保護，電源在正常工作模式和過流保護模式之間反復切換，有稱打嗝模式，也有一定可能性引起嘯叫，電感選取一定要合適。
5. 開關電源本身紋波就大，多相開關電源具有紋波小、電流大的優點，通過交錯相位，可以有效減小電源的紋波進而抑制嘯叫。
6. 抑制嘯叫，除了上述軟件、參數、架構的修改之外，一個典型的方案是使用抗嘯叫電容，比如村田KRM系列和ZRB系列。
其特殊的結構可降低電容器的嘯叫現象，可吸收由熱量和機械沖擊引起的應力，實現高可靠性。相比于Ta電容，抗嘯叫MLCC電壓變動⊿V比初期小7～22%。
7. 在布局的時候，也可以優化布局，電容彼此之間交錯排列，抑制振動。
8. 甚至有的人提出了在電容旁邊挖槽，緩解嘯叫的方案。
以上就是電容嘯叫的原理以及規避建議。
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音箱上8鍵觸摸芯片綠芯GTC08L完美替換啟攀微
不會對CS, RS,EFT，脈沖和功率紋波噪聲等環境中發生的任何觸摸應用產生任何問題。
GTC08L可適用于2.7V～5.5V的寬電源電壓范圍；采用SOP-16L 封裝；提供了中斷(INT)功能，減少了MCU與GTC08L之間的通信負載；具有各種智能傳感功能，以確定有效的觸摸錯誤或由各種環境噪聲影響引起的靈敏度問題，這些先進的傳感方法將有助于使觸鍵系統在最惡劣的條件下保持完美。
引腳定義：
GTC08L優點：
（1）具有特殊的噪聲消除濾波器，具有更強的噪聲抑制能力，即使系統在惡劣的環境下運行，也能實現正確的觸摸操作
（2）具有內部電源復位功能用于重置。有足夠的噪聲抑制算法和各種保護電路，可以防止噪聲和傳感能力不足導致的錯誤觸摸檢測。
（3）GTC08L SIN輸入有一個用于ESD保護的內部串聯電阻。額外的外部串聯電阻有利于防止由輻射噪聲或電涌脈沖引起的異常動作。
電容式觸摸芯片-GTC08L的特性：
◆8通道上限。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
-模擬補償電路
-嵌入式數字噪聲濾波器
-智能靈敏度校準
-嵌入式噪聲緩沖器(CS、RS EFT、沖動和電源紋波噪聲)
◆提供中斷功能；提供幻燈片功能；提供“寄存器寫入鎖定”功能。
引腳描述：
可廣泛應用于：
1、多媒體設備如：電視，DVD播放機，藍光播放機，家庭影院系統，機頂盒等。
2、家用電器類如：冰箱，空氣凈化器，空調，洗衣機，微波爐，電磁爐，炊具，坐浴盆，凈水器，加濕器，墻壁開關等。
展開 應用于室內外LED屏中背光驅動芯片WH3803D
芯片采用單線歸零碼的通訊方式；同時，為了降低電源紋波，3個通道有一定的延時導通功能，在幀刷新時，可降低電路紋波。采用自動整形轉發技術，使得該芯片的級聯個數不受信號傳送的限制，僅僅受限信號傳輸速度要求。
IC的數據鎖存器根據接收到的24位數據在IO_R、IO_G、IO_B端口產生不同占空比的信號；當DIN端口輸入復位信號時，所有芯片同步將接收到的數據發送到各個段。復位信號完成后，將再次接收到新的數據；在接收到新的復位信號之前，IO_R、IO_G、IO_B端口的控制信號不變。IC將公正接收到的PWM數據發送到IO_R、IO_G、IO_B端口。
特性：
◆灰度水平256可以調整，掃描頻率接近2 KHz
◆內置信號重塑電路，在波形重塑到下一個驅動器后，確保波形失真
◆內置電氣復位電路和電源丟失復位電路
◆通過單線串聯端口傳輸信號
◆任何兩點的距離都是大于10米的傳輸信號，沒有任何增加的電路
◆當刷新率為30fps時，級聯數不小于1024個點
◆以高達800 Kbps的速度發送數據
◆支持備份模式功能，避免單個故障像素塊跟隨像素
電氣規格：
極限參數：
在MiniLED背光領域，臺灣旺泓便是其中的佼佼者之一。了解更多關于臺灣旺MiniLED背光的技術應用，請聯系：19168597394（微信同號）
展開 應用在不規則LED顯示屏領域中的MiniLED背光
同時，為了降低電源紋波，3個通道有一定的延時導通功能，這樣在幀刷新時，可降低電路紋波。
芯片采用單線歸零碼的通訊方式，芯片在上電復位以后，DIN端接受從控制器傳輸過來的數據，首先送過來的24bit數據被第一個芯片提取后，送到芯片內部的數據鎖存器，剩余的數據經過內部整形處理電路整形放大后通過DO端口開始轉發輸出給下一個級聯的芯片，每經過一個芯片的傳輸，信號減少24bit。芯片采用自動整形轉發技術，使得該芯片的級聯個數不受信號傳送的限制，僅僅受限信號傳輸速度要求。
Mini背光 - W3803D的特性：
灰度水平256可以調整，掃描頻率接近2 KHz
內置信號重塑電路，在波形重塑到下一個驅動器后，確保波形失真
內置電氣復位電路和電源丟失復位電路
電源電壓：VDD 3.0V ~ 5.5V
主動模式電流：450uA（類型）
內部OSC，高達16MHz
4個高精度電流匯（I型電流匯）
故障電壓> 40V
驅動電流范圍：（0.5~5 mA）、（1.0~10 mA）、（2.0~20 mA）和（3.0~30 mA）
12位真實亮度控制分辨率，PWM調光在32 kHz（含抖動）
在MiniLED背光領域，臺灣旺泓便是其中的佼佼者之一。了解更多關于臺灣旺MiniLED背光的技術應用，請聯系：133 9280 5792(微信同號)
展開 應用在室外LED電子顯示屏中的MiniLED背光
同時，為了降低電源紋波，3個通道有一定的延時導通功能，這樣在幀刷新時，可降低電路紋波。
芯片采用單線歸零碼的通訊方式，芯片在上電復位以后，DIN端接受從控制器傳輸過來的數據，首先送過來的24bit數據被第一個芯片提取后，送到芯片內部的數據鎖存器，剩余的數據經過內部整形處理電路整形放大后通過DO端口開始轉發輸出給下一個級聯的芯片，每經過一個芯片的傳輸，信號減少24bit。芯片采用自動整形轉發技術，使得該芯片的級聯個數不受信號傳送的限制，僅僅受限信號傳輸速度要求。
Mini背光 - WH3803D的特性：
灰度水平256可以調整，掃描頻率接近2 KHz
內置信號重塑電路，在波形重塑到下一個驅動器后，確保波形失真
內置電氣復位電路和電源丟失復位電路
電源電壓：VDD 3.0V ~ 5.5V
主動模式電流：450uA（類型）
內部OSC，高達16MHz
4個高精度電流匯（I型電流匯）
故障電壓> 40V
驅動電流范圍：（0.5~5 mA）、（1.0~10 mA）、（2.0~20 mA）和（3.0~30 mA）
12位真實亮度控制分辨率，PWM調光在32 kHz（含抖動）
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