引言

我們?yōu)槭裁匆貜?fù)這個老生常談的問題

不是教工程師“讀一個Vpp數(shù)字”，而是解釋為什么電源紋波測試必須先定義量測條件，

才能得到可重復(fù)、可比較、可解釋的結(jié)果。

本文以電源紋波噪聲測試為主題，說明如何建立可重復(fù)、可比較的量測條件，并以利利普OWONADS3504A的12-bit垂直分辨率、20MHz帶寬限制、高分辨率模式、FFT、Vpp/V-RMS自動量測、長存儲和OWON利利普一鍵測試紋波APP功能使用為例，說明儀器功能如何服務(wù)于正確量測，而不是取代工程判斷。

希望通過閱讀能讓你更加了解紋波測試的本質(zhì)，并解決以下問題：

1：為什么同一條電源軌，測量出的Vpp會因設(shè)定不同而改變？

2：我們到底在量什么？

3：為什么要開20MHz帶寬限制？

4：你量到的是DUT，還是量測系統(tǒng)？

5：選擇交流耦合還是直流耦合？

6：改變時基檔位會改變什么？

7：峰峰值Vpp、有效值A(chǔ)CRMS、頻譜FFT為什么要一起看？

8：一鍵紋波測試真正價值是什么？

雖然"紋波測試"聽起來像是電源設(shè)計才需要做的測試，但實際上，它幾乎出現(xiàn)在所有采用開關(guān)電源或DC/DCConverter的電子產(chǎn)品開發(fā)過程中。無論是MCU、FPGA、CPU、DDR、ADC/DAC，還是射頻模塊、高速接口或電機控制系統(tǒng)，它們最終都依賴各級電源軌（PowerRail）提供穩(wěn)定的供電。每一路電源都可能需要進行紋波測試，以確認(rèn)其滿足設(shè)計規(guī)格，并驗證不同工作負(fù)載下的供電穩(wěn)定性。電源紋波量測已廣泛應(yīng)用于電源完整性（PowerIntegrity）驗證，尤其是在需要多路DC電源和高速數(shù)字器件的系統(tǒng)設(shè)計中。

如果電源紋波（Ripple）或噪聲（Noise）過大，可能帶來的不僅僅是輸出電壓波動，還可能進一步影響整個系統(tǒng)的性能，例如：

•模擬電路精度下降

•ADC/DAC測量誤差增加

•FPGA、CPU或SoC工作不穩(wěn)定

•高速接口（USB、PCIe、Ethernet等）信號完整性下降

•射頻系統(tǒng)相位噪聲（PhaseNoise）或雜散（Spurious）增加

•電機驅(qū)動、電源模塊產(chǎn)生異常振蕩或EMI問題

因此，電源紋波測試不僅是電源工程師的工作，更是驗證整機電源完整性（PowerIntegrity）的重要環(huán)節(jié)。電源紋波直接影響電源軌的電壓裕量，因此在處理器、FPGA、ASIC、SoC等器件的數(shù)據(jù)手冊和設(shè)計指南中，輸出紋波通常都是重要的規(guī)格指標(biāo)，而測量方法本身也會影響最終測試結(jié)果。

為什么同一條電源軌，測量出的Vpp會因設(shè)定不同而改變？

實際測試中，經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的情況：同一塊板、同一個測試點，初次測得35mV峰峰值，換一個時基后變成48mV；打開全帶寬后又變成80mV；更換探頭接地方式后，結(jié)果可能再次發(fā)生變化。這并不一定意味著示波器測錯了。更常見的原因是：測量條件發(fā)生了變化。

電源紋波測試的專業(yè)性，不在于只得到一個峰峰值，而在于能夠清楚說明：這個數(shù)字是在什么條件下測出來的。一個完整的電源紋波測量條件通常包括：測量帶寬，探頭，接地方式，交流或直流耦合，時基，采樣率，存儲深度，垂直檔位，采集模式，測量項目。只有這些條件基本一致，不同時間、不同儀器或不同測試人員得到的結(jié)果才具有比較意義。

“電源紋波”實際上是一個比較寬泛的概念。電源軌上可能同時存在多種不同成分。專業(yè)的不是先按“自動設(shè)置Auto”，而是先問：本次要觀察的是哪一種成分？

使用ADS4504A測量電源紋波效果圖

表格例舉了一些常見紋波測試類型，供大家參考

所以，專業(yè)測試的不是先按自動設(shè)置，而是先明確：

本次到底要觀察低頻紋波、開關(guān)紋波、高頻噪聲，還是瞬態(tài)響應(yīng)？測試目標(biāo)不同，測量條件自然也應(yīng)該不同。

• 帶寬 為什么高帶寬示波器測紋波時，經(jīng)常開啟20MHz帶寬限制？

很多工程師初次接觸紋波測試時都會產(chǎn)生疑問：示波器明明有100MHz、200MHz，甚至500MHz帶寬，為什么測試電源紋波時反而要限制到20MHz？20MHz帶寬限制并不是削弱示波器能力，而是在定義測試條件。

如果使用全帶寬，高于20MHz的高頻噪聲、開關(guān)尖峰、振鈴以及外部耦合干擾都可能進入測量結(jié)果。這些成分一旦被計入，峰峰值往往會明顯增加。開啟20MHz帶寬限制后，一部分高頻成分會被濾除，因此得到的峰峰值和交流有效值也可能下降。

這里不存在簡單的：“全帶寬是錯的，20MHz才是對的?！闭嬲郎?zhǔn)確的說法應(yīng)該是：兩種測量條件不同，因此測量結(jié)果不同。這也是為什么測試報告中必須記錄帶寬條件。

• 探頭和接地 你量到的是被測電路，還是測量系統(tǒng)？

對于幾伏甚至幾十伏的普通信號，探頭接地線帶來的影響有時并不明顯。但是紋波往往只有幾十mV，甚至幾mV。此時，探頭本身就可能成為誤差來源。最典型的問題就是：過長的探頭接地線。傳統(tǒng)探頭的長接地夾會形成較大的回路面積，并增加寄生電感。在高速開關(guān)邊沿附近，它可能：拾取電磁干擾，產(chǎn)生額外振鈴，放大高頻尖峰。于是示波器上看到的“噪聲”，有一部分實際上來自測量回路。因此在低幅度紋波測試中，應(yīng)盡量采用：接地彈簧或?qū)Ｓ脺y量夾具。

一個非常有價值的驗證方法，是對同一個測試點分別使用長接地線和短接地彈簧進行測試。很多時候，波形差異會非常明顯。這也是判斷測量假象最直觀的方法之一。

*本文討論的主要是低壓電源軌。如果需要測試高壓、浮地節(jié)點、電源一次側(cè)或電機驅(qū)動等非接地參考信號，應(yīng)使用符合要求的差分探頭、隔離輸入示波器或其他合適的測量方案。不能通過斷開示波器保護接地等危險方式進行浮地測量。

• 耦合方式 交流耦合還是直流耦合加偏置？

測試3.3V電源軌時，如果紋波只有幾十毫伏，會遇到一個非常實際的問題：直流電壓很高，但真正想看的交流波動很小。這時常見的兩種方法是：

所以：交流耦合和直流耦合加偏置并不是誰取代誰，而是分別適用于不同測試目的。

• 時基 很多人認(rèn)為改變時基只是把畫面橫向放大或縮小。實際上，當(dāng)時基發(fā)生變化時，示波器內(nèi)部可能同時改變采樣率，存儲深度，顯示方式，采樣模式。

因此：同一條電源軌，在不同的時基下測得不同的峰峰值，并不一定代表電源本身發(fā)生了變化。有時只是因為觀察時間和采集條件不同。例如：

• 垂直檔位 不要看電源有幾伏，要看紋波有幾毫伏

測試3.3V電源軌，并不代表垂直檔位就應(yīng)該設(shè)置成500mV/div或1V/div。電源紋波測試真正關(guān)心的是：疊加在直流電壓上的幾十毫伏小信號。因此垂直檔位應(yīng)該按照實際紋波大小進行調(diào)整。例如：

這些數(shù)值不是固定規(guī)則，而是一個調(diào)整思路。真正的原則是：在不發(fā)生削頂?shù)那疤嵯拢尲y波盡可能占據(jù)更多垂直格數(shù)。這樣更有利于觀察小幅變化。同時還要留意：偏置范圍，輸入動態(tài)范圍，示波器底噪，探頭接法。如果已經(jīng)測到十幾毫伏甚至幾毫伏的紋波，就必須特別注意：當(dāng)前看到的信號是否已經(jīng)接近測量系統(tǒng)本身的噪聲水平。

• 多角度分析 不要只看峰峰值至少結(jié)合：峰峰值，交流有效值，F(xiàn)FT

峰峰值，交流有效值，F(xiàn)FT三個不同視角。峰峰值Vpp，用來看最壞的瞬間有多大；交流有效值A(chǔ)CRMS用來看整體AC紋波和噪聲；FFT用來看開關(guān)頻率，諧波，雜散頻率，其他周期性干擾。

所以三種分析方法可以理解為：峰峰值看最壞幅度，交流有效值看整體水平，頻譜看頻率來源。它們并不是互相替代，而是三個互補視角。

理解上述因素后，利利普OWON工程師基于ADS3000A安卓系統(tǒng)設(shè)計一款紋波測試APP。把常用、合理、可重復(fù)的紋波測試起始條件進行標(biāo)準(zhǔn)化?？焖俳⒊Ｓ玫钠鹗紲y量條件，包括：10X探頭，20MHz帶寬限制，10ms/div起始時基，峰峰值和交流有效值同時顯示，電壓檔位,合適條件下的波形余輝和顏色分級顯示。

OWON一鍵紋波測試APP，是把正確的起始流程標(biāo)準(zhǔn)化，讓用戶更快進入可重復(fù)、可比較的量測狀態(tài)。進入標(biāo)準(zhǔn)測試界面之后，工程師仍然需要根據(jù)測試目的，繼續(xù)微調(diào)整參數(shù)。

電源紋波測試沒有一組適用于所有產(chǎn)品、所有客戶和所有應(yīng)用場景的固定答案。

真正專業(yè)的測試方法應(yīng)該是：首先明確：測什么。然后確定：怎么測。包括：帶寬，探頭與接地，耦合方式，時基，采樣率，存儲深度，垂直檔位，采集模式，測量項目。最后才回答：測出來的結(jié)果是否符合產(chǎn)品要求。

這也是為什么同一條電源軌，在不同設(shè)置下可能得到不同的峰峰值。數(shù)字本身并不會告訴你全部答案。只有當(dāng)測試條件被明確記錄之后，這個數(shù)字才真正具備重復(fù)、比較和判斷的價值。

一鍵紋波測試的意義，就是幫助工程師更快進入一套合理、統(tǒng)一的起始測量狀態(tài)。它不是取代工程判斷，而是讓工程判斷從正確的起點開始。不要只量出一個數(shù)字，更要知道這個數(shù)字是怎么被量出來的。