【零式未来实用小课堂】电源纹波测量 — 从入门到精通三

作者：许聪源

第三期：精通纹波测量：示波器底噪的影响及开启FFT观察纹波的频率分布

1. 示波器底噪的影响

在测量小的纹波信号时，示波器本身的底噪也不可忽视。相比采样率、模拟带宽等硬指标，这也是基础示波器**不满足纹波测量要求的**个指标。已知被测信号是一个小于10mV 的纹波，如果用基础示波器，底噪就会比较大。如图 13 所示，TDS   1012 基础示波器的底噪已经在 mV量级，对测量的影响是不可忽视 的。而高阶示波器的底噪在µV级别，对此次测量影响就非常小。例如MSO 6B系列，官方给出的底噪指标是小于 55 µV（1 mV/div ，1 GHz）。

图 13：基础示波器的底噪水平（拔掉全部探头）

2.   开启 FFT 观察纹波的频率分布

除了在时域上观察和测量纹波，我们也需要关心纹波的频率情况。例如开关转换器的开关频率，以及因此产生的各次谐波的大小。对于这类测量需求，使用示波器内置的FFT功能，就可以将示波器瞬间变身为一台频谱分析仪。如图14 所示，在开启了示波器 FFT功能后，示波器屏幕上会多一个

FFT的窗格，显示波形的实时频谱。不难发现在 1.2 MHz 出有一个频率峰值，往高频方向观察也能清晰看到各次谐波（2.4 MHz、3.6MHz 等）。实际上这个波形是TPS61093Boost 转换器的输出纹波。查阅datasheet（如图 15 所示）可以发现，这正是一个1.2 MHz固定频率的开关转换器，说明它正常工作在预定的频率上。

图 14：示波器的 FFT 功能

图15：TPS61093 Boost 转换器 datasheet 中描述的开关频率为 1.2 MHz [3]

3.   总结

使用示波器测量电源纹波，是一个看似易上手，实则难精通的测试任务。对于刚入门的工程师，插上示波器探头，简单调试就能获取波形，但是这个波形或不准确，或不可复现，使得测试结果可信度不高。本文以Raspberry Pi Pico 为例，介绍了电源纹波测量的基本流程，并给出了测量波形，方便工程师学习和对比。此外，本文通过实测和对比等方法，对示波器自动测量技巧的应用，电压探头衰减的影响，接地线的影响，示波器底噪的影响和FFT观察纹波的频域分布等方面进行了图文并茂的解析。全文全部数据和波形都由实测和实拍得到，贴近应用实际，具有工程参考价值。