12bit高精度示波器紋波測試完整教程：電源紋波測量方法與注意事項
2025-02-14
什么是電源紋波？紋波與噪聲的區(qū)別
1、紋波的定義
紋波是由于直流穩(wěn)壓電源的電壓波動而造成的一種現(xiàn)象，因為直流穩(wěn)壓電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓、濾波等環(huán)節(jié)而形成的，由于濾波不徹底，就會遺留交流成分，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。
2、示波器噪聲是什么？
示波器噪聲是指在測量信號時，示波器自身或外部環(huán)境引入的無規(guī)律、隨機的電信號波動。這些噪聲會干擾信號的準(zhǔn)確顯示，影響測量結(jié)果的清晰度和精度。
兩者主要區(qū)別如圖1和表1所示：
如何測量電源紋波？12bit vs 8bit示波器性能對比
由于紋波和噪聲的幅度比較小，使用傳統(tǒng)的8bit示波器可能無法捕捉到較小的紋波信號，相比較之下，12bit示波器的動態(tài)范圍較大，能提供更高的分辨率和更精確的測量能力，避免由于分辨率不足導(dǎo)致的測量誤差。
這里用到我們的12bit ADC位數(shù)示波器 - ZUS5054Pro示波器來進行測試，用到的工具有ZP1010SA探頭和常規(guī)的電源適配器來進行紋波測量。
[圖2 測試場景]
[圖3 ZUS5054Pro示波器]
電源紋波測試注意事項：探頭設(shè)置與參數(shù)配置
選擇合適的探頭檔位
首先探頭要選擇合適的檔位，一般選擇衰減比例1:1的無源探頭測量輸出阻抗及頻率較低的電源紋波，避免不必要的噪聲衰減影響紋波的測量；如果電壓比較大，或者對帶寬要求比較高的情況下可使用 X10 檔。
[圖4 探頭檔位選擇]
耦合方式：交流耦合設(shè)置
紋波屬于是交流成分，所以"通道耦合"方式可使用**"交流耦合"**方式來限制直流信號的輸入，進而觀察波形中的交流成分，也就是紋波，如圖5所示。
[圖5 通道界面設(shè)置]
帶寬限制設(shè)置
一般將帶寬限制設(shè)置到20MHz，可適當(dāng)?shù)氖褂?帶寬限制"功能，來濾除不必要的高頻噪聲濾除，如圖5所示。
阻抗設(shè)置
示波器通道阻抗有1MΩ和50Ω兩種選擇。使用無源探頭時，通常選擇1MΩ。同時，探頭要選擇合適的擋位，電壓較大或者對帶寬要求較高時，可使用X10檔；普通情況下建議使用X1檔，以減少紋波測量的影響。示波器通道的衰減比也要調(diào)成相應(yīng)的檔位。
[圖6 探頭界面設(shè)置]
觸發(fā)方式選擇
觸發(fā)方式可以選用邊沿觸發(fā)，如果需要實時觀察紋波信號，可選擇"Auto（自動觸發(fā)）"，如果需要觀察某次測量時的波形，可選擇"Normal（正常觸發(fā)）"。
除此之外，更重要的一點就是要避免電磁輻射等對信號的干擾，所以在測量時建議使用彈簧探針接地，避免長接地線引入干擾噪聲帶來不必要干擾。
測量量程設(shè)置
適當(dāng)調(diào)整水平時基，垂直檔位和垂直偏移，使波形信號在屏幕的中央以較好的效果顯示，通常選擇在小量程下測量紋波。
FIR濾波功能：提升紋波測量精度的關(guān)鍵
在遇到大量程的情況下，示波器的底噪聲會越高，這里可以用到我們示波器自帶的FIR濾波功能，相比較單純的20M帶寬限制，我們可以更加靈活的設(shè)置濾波頻點來濾除我們不要的信號，進而得到一條更加干凈的波形。開濾波后捕獲的紋波如下圖8所示。
[圖7 未濾除噪聲信號的波形]
[圖8 正確捕捉的紋波]
從圖8中可以看出，正確的紋波測量方式可以清晰地捕抓到正常的紋波，減少了不必要的噪聲和雜波對紋波的影響。但是遇到噪聲較大的情況時候，可以用到我們示波器的FIR濾波功能進行靈活設(shè)置頻點來濾除不必要的噪聲，得到的波形基本上就是一條干凈的紋波。
在測量紋波電壓時，選擇直流有效值來表達測量結(jié)果更為準(zhǔn)確。具體可以使用示波器中的【measure】功能進行自動測量，ZUS5054Pro支持32種參數(shù)測量，最多同時顯示24種參數(shù)，基于12bit高位數(shù)ADC和大存儲深度，實現(xiàn)電源紋波參數(shù)的測量的同時，還支持光標(biāo)功能（Cursor）手動卡值。
[圖9 ZUS5054Pro的測量結(jié)果]
[圖10 ZDS5054Pro的測量結(jié)果]
測量結(jié)果分析：12bit示波器 vs 8bit示波器精度對比
在同樣測試條件下，我們用8bit示波器和12bit示波器分別進行了測量。雖然精度不同，但結(jié)果顯示兩者測量值相近。這可能說明在當(dāng)前測量條件下，電源紋波的幅度較大，使得8bit示波器的分辨率足以捕捉到紋波信號。但是12bit示波器的精度更高，分辨率更強，能夠更細(xì)致地顯示信號細(xì)節(jié)，特別是在電源紋波較小或者測量要求較高的情況下，12bit示波器能滿足更嚴(yán)格的測量需求，確保測量結(jié)果的可靠性。下面是我司12bit示波器與傳統(tǒng)8bit示波器的精度誤差對比。
總結(jié)：ZUS5054Pro高精度示波器紋波測試優(yōu)勢
ZUS5054Pro示波器是致遠儀器公司推出的最新一款的12bit高精度示波器，搭配5GSa/s高采樣率，輕松幫您搞定紋波測試。搭配更高精度的ADC位數(shù)，開發(fā)者可以非常方便地測量輸出紋波、1~40次諧波含量、開關(guān)電源的功率等大量的參數(shù)，大大提升開發(fā)效率，更準(zhǔn)確測量出您想要的數(shù)據(jù)。
