1.紋波

紋波（ripple），最常見的定義是指，在直流電源上，不希望出現的交流電壓變動量，一般是因為直流電壓是利用交流電壓轉換后產生，其中輸出電壓中的交流成分無法完全消除所造成。

即電源紋波是指在直流信號上的交流干擾信號，這個干擾信號波動的頻率和開關頻率相同。

典型的DC-DC電源輸出電壓波形如下：

上面的圖片來源于MP16xx芯片輸出電壓波形，從手冊中可以看出，波浪式的周期和開關頻率一致。波浪的幅值即為紋波的峰峰值，所以，在測試DC-DC電源紋波時，比較關注的是輸出紋波Vpp。

2.噪聲

針對噪聲的定義比較豐富，但是對電源噪聲的定義我查了一些資料，目前其實對電源紋波和電源噪聲的定義沒有一個共同的協會制定。在《開關電源噪聲的形成及抑制方法》這篇論文中，發現了一個用于電子系統噪聲定義：

噪聲是指在電子電路設計中沒有安排的信號 ,這些信號通常由環境中自然因素或人為因素產生的電磁能量造成。影響電子電路正常工作的噪聲稱為“干擾”,而能產生一定能量的任何物質都可以稱為“噪聲源”。

即電源噪聲可以理解為電源模塊工作在產品系統中，由系統內部和外部“干擾”引起的非連續的，無規律的電壓或者電流尖峰。

接著剛剛MP16xx電源芯片的規格書，可以看到在輸出電壓波形上，箭頭1和箭頭2處的尖峰。從波形圖上可以看出：

1所示的尖峰，是SW由開通向關斷轉變的時刻；

2所示的尖峰，是SW由關斷向開通轉變的時刻；

再對比左右兩幅圖可以看出，左邊的1和2波動尖峰比較大，右邊的1和2波動的尖峰幅值較小。而造成這種區別的原因是負載電流不一樣。

3.紋波和噪聲

上面的內容是把電壓紋波和電壓噪聲進行了分開定義和說明，但是在實際測試的波形中，如果使用500mV/div的分辨率來看輸出電壓，看到的是穩定的直流電壓，如果用5mV/div分分辨率來看輸出電源，看到的是既有開關頻率的紋波，也有非連續，無規律的噪聲。

從上面可以圖看出，噪聲的幅值相對紋波要小。（不是絕對的，噪聲幅值完全可以比紋波大）

如果將紋波和噪聲進行統一后，可以得到下面的結論：開關電源輸出電源紋波和噪聲主要有四部分構成，如下圖所示：

電源紋波，頻率和開關頻率相同。

開關噪聲，在SW開通和關斷的時刻疊加在紋波上。

工頻噪聲，典型的為50Hz

隨機噪聲，非周期性的干擾

考慮到DC-DC變換器輸入電壓是DC，隨機噪聲無法進行準確的測量計算，DC-DC變換器在輸出電壓指標測量時，主要以電源紋波和開關噪聲為主。

綜上可知，紋波和噪聲的區別如下：

4.測試方法

電源紋波測試時，需要注意的事項如下：

示波器使用AC耦合

示波器帶寬限制20MHz

把示波器探頭的地夾線去掉，換上彈簧接地環，用探針靠接電源的輸出端，接地環就近連接在裸露的地上，觀察輸出的波形

如下所示：

常見錯誤的接法如下：

從下面兩幅實測的圖片可以看出，示波器接地夾的環路越大，測量的噪聲就會越大，而紋波的大小基本不變。接地環路太大會導致紋波和噪聲疊加后的Vpp完全超過所想測量的紋波電壓。

地線夾太長測試結果：

去掉接地夾，使用接地環測試：

從上面的結果也可以看出，如果測試方正確，開關電源內部的噪聲的幅值其實不會超過紋波的幅值，如果測試方法不對，紋波的幅值將會被淹沒在噪聲中。

電源噪聲測試時，需要注意的事項如下：

示波器使用AC耦合

示波器帶寬不做限制

把示波器探頭的地夾線去掉，換上彈簧接地環，用探針靠接電源的輸出端，接地環就近連接在裸露的地上，觀察輸出的波形

所以，我的那位同事，如果他測試系統時關注紋波的話，帶寬應該限制在20MHz，如果關注的是噪聲的話，帶寬不做限制是對的，但是使用了較長的引線這種接法是存在問題的。會測出單板上其他系統耦合過來的噪聲。

5.降低紋波和噪聲的方法

從上面對紋波和噪聲的來源分析，對降低紋波和噪聲的方法可以來源的基礎上進行針對性的改善。

比如，在降低紋波時，可以采取的措施有：

增大開關頻率

降低電容ESR

增加輸出電容幅值

增大電感

不同容值的電容并聯

在降低噪聲時，可以采取的措施有：

減小環路面積

動態響應更好的芯片

優化PCB布局走線

增加RC-snubber 吸收電路

高頻噪聲源和敏感源分區設計

以上內容為這篇文章的全部內容，總結一下，DC-DC變換器在測量電源紋波和電源噪聲時，要注意區分示波器帶寬和接地線使用，如果你在增大電感，其實是在降低紋波，如果你在減小環路面積，其實是在降低噪聲！當然，任何一項優化的好，電源輸出的質量整體上也會不錯。

審核編輯：劉清