基于RIGOL数字示波器的电源纹波自动测量系统

北京普源精电科技有限公司技术工程师 高增鑫

引言

目前，AC/DC、DC/DC转换器件已经发展成为各种电子设备、自动控制设备的重要组成部分，其质量的优劣直接影响到整个设备的可靠性和稳定性。这就要求电源模块生产厂商在设计、工艺、制造、测试等环节进行严格控制，产品出厂前对其进行严格测试是电源产品生产过程中一个非常重要的环节。
　
国内电源行业对产品的检测已经普遍采用了自动测量系统，整个系统中会包含多种测量项目，大多数测试可以使用自动测量(使用程控测量测试设备)。但是纹波噪声却是个特例，很多电源企业还是通过人工操作对纹波噪声进行测量，这样很大程度上影响了生产效率。本文介绍的方案是基于RIGOL程控数字示波器，实现对电源纹波进行快捷可靠测量的。

纹波与噪声指的是什么

可以说任何直流电源都含有纹波与噪声，如图1所示：

A. 噪声：通常我们用Vpp来表示噪声，也就是波形的最高点与最低点的差值(启用示波器的自动测量功能中Vpp测量即可得出Vpp的值)；

B. 纹波：纹波的产生主要源于开关切换与整流过程，通常我们用RMS(均方根值)来表示纹波，一般用RMS RF伏特计来测量(调整好示波器的时基，开启示波器自动测量功能中的平均值测量也可得到近似的结果)。

图2为开关电源的噪声与纹波的真实的描述。

工程师经常会看到PARD(periodic and random deviation)这个词，实质上它也是表示纹波与噪声。纹波与噪声信号的带宽一般分布在20Hz-20MHz之间，噪声可以通过选择合适的电容来滤除，对于纹波滤波电容的作用并不是很明显。

如何测量噪声与纹波 　

目前关于纹波与噪声的测量方法有很多，业界尚没有形成一个统一的标准，选择的测试方法不同，测试结果会又很大的偏差。

从测试效果来看下面所介绍的方法得出的测试结果具有较高的可信度。

A.示波器设置：探头输入比例设置为1：1；耦合方式选择'交流'；如果示波器输入带宽大于20MHz，开启示波器带宽限制功能。

B.探头选择：如图3所示，探头原接地线用接地弹簧代替；工厂的测试线上可以使用固定的测试座，探头直接插入测试座内。

C.测量：直接接触或尽可能地靠近测试点，如果待测电源需挂负载时，接线要尽量的短，以减小待测系统从外界引入的噪声，同时测试环境的不同对测试结果也有很大的影响。

自动测试系统

以生产电源模块的某企业为例，其主要生产电源稳压模块，一路输入，一路或两路输出。以该公司的某型号产品为例，被测元件是16-32V直流输入，一路20V的DC－DC稳压直流输出。测量得到的波形--即纹波，峰峰值为55mV左右，频率255Hz，如图4。

在生产线上需要对每一个器件进行测试，并且在每一个器件的测量过程中要器件输入端接入多组数据(16-32V之间变化)，也会在输出端连接不同阻值的负载，这样就有多种排列组合方式，要对每一种组合方式的纹波进行测量，并且统计纹波最大峰峰值。如果通过人工进行测量，测试过程太复杂，测试时间长，当然也造成了生产效率很低。所以自动测量系统是非常必要的。

图5为自动测量系统框图，与示波器DS5000相关的主要是通过PC软件控制示波器及PC软件与单片机之间的通信。以下内容详细说明了框图每部分所实现的功能。

1.输入源，在一段范围内电压可变的电压源(通过电脑可以控制其输出值)

2.可变电负载，在一段范围内阻值可变的负载(通过电脑可以控制其阻值)

3.DS5000，测量输出电压的纹波，通过电脑控制采集纹波的峰峰值，并上传所采集到的峰峰值给PC。

4.单片机，PC接受到单片机的测量命令，通过PC把DS5000上传得到的峰峰值发送给单片机，单片机与设定值进行比较，得出产品是否合格的结论。并将结论显示出来给工人看，并将结果反馈给PC。

5. PC，完成与各测量设备通信，自动测量系统的核心。

在测试过程中，输入源会有一组变化值，可变电负载会有一组变化值，这样会有多种组合方式，测量每种组合方式下的器件输出电压纹波的峰峰值就是DS5000要做的，通过PC软件统计每一个测量器件的纹波最大值，反馈给单片机。程序如图6所示。