、電源紋波的產生
我們常見的電源有線性電源和開關電源，它們輸出的直流電壓是由交流電壓經整流、濾波、穩壓后得到的。由于濾波不干凈，直流電平之上就會附著包含周期性與隨機性成分的雜波信號，這就產生了紋波。在額定輸出電壓、電流的情況下，輸出直流電壓中的交流電壓的峰值就是通常所說的紋波電壓。紋波是一種復雜的雜波信號，它是圍繞著輸出的直流電壓上下來回波動的周期性信號，但周期和振幅并不是定值，而是隨著時間變化，并且不同電源的紋波波形也不一樣。
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。
三、電源紋波的測量
測量電源紋波一般采用示波器來測量，常用的有一下三種測量方法：
1） 靠連法
使用帶有地線環的示波器探頭，將探針直接接觸正輸出的管腳，線環直接接觸負輸出的管腳，這是由于使得環路盡量短，這樣從示波器中讀出的峰值為輸出線上的紋波與噪聲。如下圖
2） 直接法
將地線環直接與負輸出的管腳連接，利用探頭接地環進行輸出端測試。
3） 絞連法
輸出管腳接雙絞線后接電容，在電容兩端用示波器測量。
，測量紋波時候，需要注意的是：要清楚紋波的帶寬上限，紋波為低頻噪聲，所以一般使用不超過紋波帶寬上限太多的示波器。
在測量時，要先打開示波器的帶寬限制功能，把帶寬限制在20MHz，
直接用探頭的屏蔽地和輸出地連接，減少因地線過長產生的環路干擾。
在探頭接入點的位置并聯一個較小的瓷片電容和一個小電解電容，濾除外界干擾信號防止進入示波器。
四、紋波的抑制方法
電源輸出紋波主要來源于五個方面：低頻輸入紋波、高頻紋波、寄生參數引起的共模紋波噪聲、閉環調節控制引起的紋波噪聲。
抑制這些紋波的通常方法是：加大濾波電路中電容容量、采用LC濾波電路、采用多級濾波電路、以線性電源代替開關電源、合理布線等。但根據它的分類，有針對性的采取措施往往會取得事半功倍的效果。
1、高頻紋波的抑制
高頻紋波噪聲多來源于高頻功率變換電路。在高頻功率變換電路中，輸入直流電壓通過高頻功率器件進行變換后進行整流濾波而實現的穩壓輸出中，一般會含有與開關工作頻率相同頻率的高頻紋波，其對外電路的影響大小主要和開關電源的變換頻率、輸出濾波器的結構和參數有關，設計中盡量提高功率變換器的工作頻率，可以減少對高頻開關紋波的濾波要求。
2、低頻紋波的抑制
低頻紋波的大小與輸出電路中的濾波電容大小有關。電容的容量不能無限制地增加，不可避免的會造成輸出低頻紋波的殘留。交流紋波經過DC/DC變換電路進行衰減后輸出，屬于低頻噪聲范圍，其大小由控制系統的增益和DC/DC變換電路決定。由于電流型和電壓型控制DC/DC變換電路的紋波抑制能力相對均不高且他們的輸出端低頻交流紋波較大。所以必須對低頻電源紋波采取濾波措施實現電源的低紋波輸出。
有的電源來說，可增大DC/DC變換器閉環增益電路和采用前級預穩壓電路可以增強紋波的抑制效果、可以通過改變整流濾波器的電容量以及調節反饋回路的參數來實現對低頻紋波的抑制。
3、共模紋波的抑制
共模紋波噪聲一般出現在開關電源，當開關電源的矩形波電壓作用于功率器件時，與功率器件與散熱器底板和變壓器原、副邊之間的寄生電容和導線中存在寄生電感相互作用，產生共模紋波噪聲。對于共模紋波噪聲抑制的方法有：
1） 減小控制功率器件、變壓器與機殼地之間的寄生電容，并在輸出端加共模抑制電感及電容；
2） 利用EMI濾波器可以有效的抑制共模紋波的干擾；
3） 降低開關毛刺幅度。
4、閉環控制環路紋波的抑制
閉環控制環路紋波的產生原因一般是環路中的參數設置不適當，當輸出端存在一定波動時，反饋網絡把輸出端的波動電壓反饋到調節器回路，致使調節器產生自激響應，從而產生附加紋波。
抑制方法主要有：抑制調節器自激響應、合理選擇環路的放大倍數、調節器穩定性、電源輸出端接LDO濾波，這是減少紋波和噪聲最有效的方法
更多干貨文章請點擊關注：
搞懂元器件，就搞懂了電路的一半
一起學習吧：
硬件筆記本|加群
聲明：本號對所有原創、轉載文章的陳述與觀點均保持中立，推送文章僅供讀者學習和交流。文章、圖片等版權歸原作者享有，如有侵權，聯系刪除。
某FPGA系統中，對電源系統進行調試，在同樣的測試條件下，發現其中有一塊板相對其它的板功耗總偏大，進而對其進行調試分析。
在該系統中，輸入電壓為DC12V，輸出電壓有：5V、3.3V、2.5V和1.2V，綜合考慮電源紋波和轉換效率，在該系統中采用了DC-DC和LDO，基本框圖如下所示：
該DC-DC為雙路輸出（5V和3.3V）。這里，功率電感的大小選擇為10uH。以下是對各輸出電壓所進行的紋波測試，波形如下：
圖1、5V電壓紋波
圖2、3.3V電壓紋波
圖3、2.5V電壓紋波
圖4、1.2V電壓紋波
由以上可以看出，各電壓的紋波相當大，再次測試5V一側的斬波波形，如下圖。
圖5、5V一側斬波波形
從圖中可以看出，該斬波波形是較差的。在FPGA系統中則會表現為：整個系統電流偏大，進而影響功耗偏大。
因此，這里重點考慮DC-DC外圍元件的參數選擇不合理。首先從功率電感入手，將其由10uH加大到15uH，再次進行測試。更換功率電感后的斬波波形如下，得到了較大改善。
圖6、更換L后5V一側斬波波形
再次測量各電壓紋波如下：
圖7、更換L后5V電壓紋波
圖8、更換L后3.3V電壓紋波
圖9、更換L后2.5V電壓紋波
圖10、更換L后1.2V電壓紋波
更換L前各電壓的紋波分別為：126mV，65.6mV，49.6mV，39.2mV；
更換L后各電壓的紋波又分別為：32mV，16.8mV，5.6mV，4.8mV。
從以上可以看出，各電壓紋波對得到了較大的改善。繼續對電路進行改進，加大去耦電容，經測試，紋波再一次得到了減小，不過作用并不是太明顯。
分析：若DC-DC的紋波較大，則會直接影響其轉換效率，進而造成一些不必要的能量浪費，使整個系統的功耗偏大。
紋波偏大的影響：
紋波過大會引起系統工作不穩定，發熱量偏高等。長期的工作不穩定還可能造成芯片功能下降或損壞
總結：
功率電感對于DC-DC的影響是極大的，在實際的DC-DC電源調試過程中，如果發現輸出紋波較大，可以先測試一下其斬波波形，并首先嘗試改變一下功率電感的參數（應盡量滿足芯片手冊給出的要求），增大電源濾波電容等；紋波大還有可能是PCB走線不合理造成，所以在PCB的設計過程中也要引起重視（一般在芯片手冊中都有Layout指導，可參考）。
一般來說，Buck型DC-DC的輸出紋波應該控制在20-30mV以下，而LDO的紋 波則應該控制在10mV以下。如果紋波是50Hz或者100Hz有效值波形，則很可能是輸入濾波電容小了；如果紋波是開關頻率的有效值波形，則可能是輸出 電感或電解電容小了；如果紋波是高頻波形，則可能是反饋電路的元器件參數不當，或者是PCB走線不好等造成。
在某些場合，若對紋波要求較高，而輸入輸出壓差又較大，還可以考慮采用DC-DC加LDO的方式供電。
當然，以上這些都是針對一般的應用而言，如果是更高要求的系統，則應進行更加全面、深入的考慮和測試。
硬件筆記本，一起學習電路設計、PCB設計、仿真、調試以及EMC知識
更多干貨文章請點擊關注：
搞懂元器件，就搞懂了電路的一半
一起學習吧：
硬件筆記本|加群
聲明：本號對所有原創、轉載文章的陳述與觀點均保持中立，推送文章僅供讀者學習和交流。文章、圖片等版權歸原作者享有，如有侵權，聯系刪除。
、電源紋波的產生
我們常見的電源有線性電源和開關電源，它們輸出的直流電壓是由交流電壓經整流、濾波、穩壓后得到的。由于濾波不干凈，直流電平之上就會附著包含周期性與隨機性成分的雜波信號，這就產生了紋波。在額定輸出電壓、電流的情況下，輸出直流電壓中的交流電壓的峰值就是通常所說的紋波電壓。紋波是一種復雜的雜波信號，它是圍繞著輸出的直流電壓上下來回波動的周期性信號，但周期和振幅并不是定值，而是隨著時間變化，并且不同電源的紋波波形也不一樣。
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。
三、電源紋波的測量
測量電源紋波一般采用示波器來測量，常用的有一下三種測量方法：
1） 靠連法
使用帶有地線環的示波器探頭，將探針直接接觸正輸出的管腳，線環直接接觸負輸出的管腳，這是由于使得環路盡量短，這樣從示波器中讀出的峰值為輸出線上的紋波與噪聲。如下圖
2） 直接法
將地線環直接與負輸出的管腳連接，利用探頭接地環進行輸出端測試。
3） 絞連法
輸出管腳接雙絞線后接電容，在電容兩端用示波器測量。
測量紋波時候，需要注意的是：要清楚紋波的帶寬上限，紋波為低頻噪聲，所以一般使用不超過紋波帶寬上限太多的示波器。
在測量時，要先打開示波器的帶寬限制功能，把帶寬限制在20MHz，直接用探頭的屏蔽地和輸出地連接，減少因地線過長產生的環路干擾。
在探頭接入點的位置并聯一個較小的瓷片電容和一個小電解電容，濾除外界干擾信號防止進入示波器。
四、紋波的抑制方法
電源輸出紋波主要來源于五個方面：低頻輸入紋波、高頻紋波、寄生參數引起的共模紋波噪聲、閉環調節控制引起的紋波噪聲。
抑制這些紋波的通常方法是：加大濾波電路中電容容量、采用LC濾波電路、采用多級濾波電路、以線性電源代替開關電源、合理布線等。但根據它的分類，有針對性的采取措施往往會取得事半功倍的效果。
1、高頻紋波的抑制
高頻紋波噪聲多來源于高頻功率變換電路。在高頻功率變換電路中，輸入直流電壓通過高頻功率器件進行變換后進行整流濾波而實現的穩壓輸出中，一般會含有與開關工作頻率相同頻率的高頻紋波，其對外電路的影響大小主要和開關電源的變換頻率、輸出濾波器的結構和參數有關，設計中盡量提高功率變換器的工作頻率，可以減少對高頻開關紋波的濾波要求。
2、低頻紋波的抑制
低頻紋波的大小與輸出電路中的濾波電容大小有關。電容的容量不能無限制地增加，不可避免的會造成輸出低頻紋波的殘留。交流紋波經過DC/DC變換電路進行衰減后輸出，屬于低頻噪聲范圍，其大小由控制系統的增益和DC/DC變換電路決定。由于電流型和電壓型控制DC/DC變換電路的紋波抑制能力相對均不高且他們的輸出端低頻交流紋波較大。所以必須對低頻電源紋波采取濾波措施實現電源的低紋波輸出。
有的電源來說，可增大DC/DC變換器閉環增益電路和采用前級預穩壓電路可以增強紋波的抑制效果、可以通過改變整流濾波器的電容量以及調節反饋回路的參數來實現對低頻紋波的抑制。
3、共模紋波的抑制
共模紋波噪聲一般出現在開關電源，當開關電源的矩形波電壓作用于功率器件時，與功率器件與散熱器底板和變壓器原、副邊之間的寄生電容和導線中存在寄生電感相互作用，產生共模紋波噪聲。對于共模紋波噪聲抑制的方法有：
1） 減小控制功率器件、變壓器與機殼地之間的寄生電容，并在輸出端加共模抑制電感及電容；
2） 利用EMI濾波器可以有效的抑制共模紋波的干擾；
3） 降低開關毛刺幅度。
4、閉環控制環路紋波的抑制
閉環控制環路紋波的產生原因一般是環路中的參數設置不適當，當輸出端存在一定波動時，反饋網絡把輸出端的波動電壓反饋到調節器回路，致使調節器產生自激響應，從而產生附加紋波。
抑制方法主要有：抑制調節器自激響應、合理選擇環路的放大倍數、調節器穩定性、電源輸出端接LDO濾波，這是減少紋波和噪聲最有效的方法。
免責聲明：本文轉自網絡，版權歸原作者所有，如涉及作品版權問題，請及時與我們聯系，謝謝！