开关电源电流输出纹波测试方法（电源输出电压与纹波）

电源好比人体心脏，电源性能质量直接影响系统的稳定性、可靠性以及续航能力。电源系统的设计十分重要，验证测试工作同样重要。由于不同的平台、机型，电源系统差别较大，本文档只是给出电源系统的测试指导建议，在实际项目中，请根据本文档建议的测试项目、测试方法制定详细的测试计划，根据测试计划进行测试验证。

一、电源输出电压测试：即测试电源输出电压值与精度，测试方法如下：

二、电源纹波/噪声的定义及测试方法：

电源的噪声与纹波是工程师经常遇到且容易混淆的两个概念， 本文档将介绍纹波与噪声的区别，以及纹波噪声的测试方法及注意事项。

纹波：指在直流电压中，叠加的交流分量。在开关电源中，开关管工作在高频的开关状态，每一个开关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，在输出电容上形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，而且此波动的频率与开关管的开关频率相同。这个波动就是输出纹波，是叠加在输出直流上的交流成分，纹波的幅值是该交流成分的波峰与波谷之间的峰峰值。

噪声：是开关电源自身产生一种高频脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，噪声的频率比开关频率高的多，噪声电压的大小很大程度上与开关电源的拓扑、变压器的绕制、电路中的寄生参数、板上芯片高速 I/O 的开关切换产生的瞬态电流、供电网络的寄生电感、 电源平面和地平面之间的电磁场辐射、测试时外部的电磁环境以及PCB的布线设计等有关。

电源纹波与噪声示意图

纹波噪声的危害：在现在的电子产品，特别是手机产品中，要求效率越来越高，大量使用开关电源；而且产品越来越小，器件密集，PCB走线空间小，电磁环境复杂，干扰严重。因此对电源的要求也越来越高。但仍不可避免的由电源的纹波噪声带来一下影响，具体影响如下：

1）、容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害；

2）、 降低了电源的效率；

3）、较强的纹波会或可造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁器件；

4）、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；

5）、会带来噪音干扰，使图像显示、喇叭、MIC等不能正常工作。

纹波噪声的测试

由于纹波噪声会对产品带来严重的危害，因此，在产品研发测试阶段，必须进行严格的测试，以确保电源系统的纹波噪声在允许的范围内。

1. 纹波的测试

在纹波测试中：

1）、推荐使用模拟示波器，如果没有模拟示波器也要尽量使用无源探头进行测试，因为有源探头中有电容，会对电源噪声滤波作用，造成测量不准确。

2）、示波器带宽设置为20MHz。因为在开关电源中，一般的电源开关频率在几十KHz到几MHz之间，带宽设置太宽，反而会增加进入示波器的噪声。

3）、采用AC交流耦合。

4）、垂直方向设置为10mV/div；水平方向设置为5μs/div，或能显示出与开关频率相近的波形。

4）、使用带有地线环的探头将探针直接接触电源管脚地线环直接接 带有地线环的探头，将探针直接接触电源管脚，地线环直接接触负输出的管脚。如图2，接地线较长时，尽量使用缠绕的方法，较小回路面积。

探头连接方法

2.噪声的测试

噪声的测试方法基本上与纹波测试方法一致。但不同之处为：

1）、示波器设置为全带宽。

2）、使用长余辉模式进行显示。

3）、垂直方向设置为10mV/div；水平方向设置为5ms/div。

整体测试方法：

定义

纹波：是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用有效值表示时一般在输出电压的0.5%以下。纹波测量采用手动卡标线读取整体峰峰值电压；

噪声：是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的1%以下；

纹波噪声：是上述“纹波”、“噪声”二者的合成，用峰-峰（peak to peak）值表示。

测试仪器

示波器。推荐用模拟示波器。如果没有模拟示波器，也尽量使用无源探头。

测试方法

1. 采用地线环靠接测量法（尽可能采用接地弹簧测试），即所谓靠接测量。示波器采用AC耦合，设置带宽（bandwidth）为20MHz，直流偏置电压（offset）为上面电压精度测量值。使用带有地线环的探头，将探针直接接触电源管脚，地线环直接接触负输出的管脚。这样从示波器中读出的峰峰值为输出线上的纹波；

2. 把示波器带宽设置成全带宽（Full），测试结果即为纹波噪声值；

3. 纹波和噪声应该是在单板满载、空载时都进行测试。

电源纹波噪声的2种测试方法示意图

测试点

电源、芯片的电源管脚。

合格标准

具体合格标准参芯片的要求。也可考虑到我们的测试情况，相对定义略有放宽：

1）一般要求纹波< 输出电压的3%（在20MHz带宽下测试，结果可视为单纯的纹波）；

2）一般要求纹波噪声< 输出电压的5%（在全带宽下测试，结果可视为纹波 噪声）。

注意事项

1）测量时探头尽量选用无源探头；

2）就近原则，探头地线接离测试电源最近的地。且地环线尽量短；

3）纹波请尽量展开成如下图形，最好纪录其频率，便于分析。

示波器不同设置下的纹波测量结果的区别：

不同设置下示波器测试结果相差的原因

因为测试工程师的个人习惯不同的问题，一般是如下几个原因：

1、 未使用20M带宽限制

不同的带宽引入的噪声值不同，噪声值会直接影响Pk-Pk值测量。因为在开关电源中，一般的电源开关频率在几十KHz到几MHz之间，带宽设置太宽，反而会增加进入示波器的噪声。

酷派测量纹波并不使用20M的带宽限制，而是采用全带宽进行测量，可能对指标的定义就包含纹波和噪声，所以测试结果是把噪声考虑进去的。

2、 未使用近地（接地弹簧）

探头的长地线与探针在电路板接触处所形成的环太大，很容易将空间中的大量电磁干扰引入测量电路。造成测试结果的偏大或者超标。所以测量纹波时建议使用近地进行测量。

3、 探头频率补偿未校正

由于个人原因，测试前忘记校准示波器探头，从而造成测试结果的差异。

4.不同的垂直幅度测出来的纹波值也有差异。

例如实测发现垂直方向设置为10mV/div时，测出来的纹波都要比正常情况下小。

信号实测对比

纹波测试结果主要是测试工程师通过卡标尺得到的结果，人为因素的影响比较大。所以为了对比不同情况下的纹波，我们采用峰峰值进行度量。同时提前校准好探头，并且选择位置较好的地点进行测量对比。

从实测数据可以看出，20M带宽下不同垂直电压幅度所测的结果一致性比较好，同时由于带宽设置较窄，进入示波器的噪声较少，所以相比于全带宽，整体的测试结果偏小。

针对全带宽的测试结果，发现10mV/div下的测试结果明显偏小，而20mV/div和50mV/div的一致性较好。而且别测试结果为峰峰值，要是换做卡标尺，10mV/div档的测试偏差会更大。

综上，推荐采用20mV/div进行纹波的测量。

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