干货分享！电源纹波、噪声及测试

关于电源噪声与纹波相关的测试，是每个硬件工程师都避不开的话题。那么如何正确区分纹波与噪声并采用高效的方法测试显得尤其重要。

本篇文章针对电源纹波与噪声及其测试做一些简单的描述，我们先来认识一下什么是电源的纹波与噪声。

1.什么是纹波？

1.1 纹波的产生

纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象，因为直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压、滤波等环节而形成的，由于滤波不彻底，就会有剩余的交流成份，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。一般我们看到的纹波的形式如下图所示，有点像是锯齿波。

由此我们知道，开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程，电能从输入端被"泵到"输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。

1.2纹波的表示方法及及其危害

表示方法：可以用有效值或者峰值来表示，或者使用绝对量、相对量来表示。一般情况下，公司会使用峰峰值，也就是压差（波峰波谷相减）的绝对值来表示，同时会比较相对量是否满足标准要求。

单位：mV

举个例子来说明下：假如我们使用DC/DC输出3.3V的电，使用示波器有源探棒，调节端口为DC耦合（如果是无源探棒，则使用AC耦合，并调节偏置为3.3V），测试得到的纹波结果为±25mV（无源探棒测试结果对应为3.3V±25mV），那么我们可以说此DC/DC输出的纹波为50mV，这个是绝对量，而相对量即纹波系数 = 纹波电压/输出电压 = 50mV/3.3V=1.51%。

纹波的危害：

①容易在电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害；

②降低了电源的效率；

③较强的纹波或造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器件；

④会干扰数字威廉希尔官方网站的逻辑关系，影响正常工作；

⑤会带来噪音干扰，使得图像设备、音响设备不能正常工作。

1.3纹波分类及其抑制方法

首先需要说明的是不管是哪种纹波，减小纹波最有效的方法一般有四种：

1）输出用π型威廉希尔官方网站滤波，LC滤波；

2）增大电容；

对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且ESR也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足。同时，开关电源工作时，输入端的电压Vin不变，但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流，通常在靠近电流输入端(以BucK型为例，是SWITcH附近)，并联电容来提供电流。

3）增大电感；

电感的选取，一般还要考虑到电感的额定电流大小。一般情况下在威廉希尔官方网站设计阶段需要选择比额定电感要大的电感。

4）合理布线。

需要说明的是，在实际调试过程中，要多方面尝试，因为有时单独增加电容和电感，效果并不理想。

输出纹波从频谱上分主要由低频纹波、开关频率纹波和高频纹波三个方面组成。

2.什么是噪声

2.1噪声的产生

噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源。

SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET，不管是哪种，在其导通和截止的时候，都会有一个上升时间和下降时间。这时候在威廉希尔官方网站中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。同样二极管D在反向恢复瞬间，其等效威廉希尔官方网站为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。这两种噪声一般叫做高频噪声，幅值通常要比纹波大得多。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、威廉希尔官方网站中的寄生状态及PCB的设计有关。

2.2噪声与纹波的区别

在工程上，在对电源进行测试时，一般并不刻意地把纹波和噪声分开，测量的是纹波和噪声两者的合成干扰，用峰峰值表示。上述纹波的分类其实已经包含了噪声。

一般情况下，在测试过程中，我们测试DC/DC电源的输出为纹波测试，最远端芯片IC电源管脚的接收端为噪声测试。