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为什么不同示波器的纹波噪声丈量成果总是不同?

对于同一个电源,使用不同的示波器测量纹波和噪声值总是有些差异。甚至使用不同的探头也会影响测量结果。是什么原因呢?

一、纹波和噪声的差异

纹波

因为开关电源的开关管作业在高频的开关状况,每一个开关进程,电能从输入端被“泵到”输出端,在输出电容上构成一个充电和放电的进程,然后构成输出电压的动摇,并且此动摇的频率与开关管的开关频率相同,这个动摇便是输出纹波,是叠加在输出直流上的沟通成分,纹波的幅值是该沟通成分的波峰与波谷之间的峰峰值。

噪声

噪声是开关电源自身发生一种高频脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间发生的尖脉冲所构成,噪声的频率比开关频率高的多,噪声电压的巨细很大程度上与开关电源的拓扑、变压器的绕制、电路中的寄生参数、测验时外部的电磁环境以及PCB的布线规划有关。

图片1.jpg

基于此,纹波和噪声的区别就很好理解了。下面开端评论丈量。

二、不同示波器测验成果相差的原因

假如不同示波器之间的不同很大,一般是如下几个原因:

1、 未运用20M带宽约束

不同的带宽引进的噪声值不同,噪声值会直接影响Pk-Pk值丈量。

2、 未运用接地绷簧

探头的长地线与探针在电路板触摸场所构成的环太大,很简单将空间中的许多电磁搅扰引进丈量电路。

3、 探头频率补偿未校对

探头自身在为补偿杰出状况,幅值丈量自身禁绝。

需求留意的是:

必定不能单纯以哪个品牌或许类型的丈量成果作为标榜去标定,以为必定是某品牌是对的、某类型是对的、某示波器很贵所以是对的,这些丈量心态都是不可取的。测验成果在必定规模内收支是十分正常的,究竟示波器只要8位的ADC,笔直分辨率较差,别的不同示波器的幅频呼应曲线也略有不同。

三、丈量进程中的一点反思

这个时分让人不由提问:为什么非要20M带宽约束呢?有什么科学根据么?

这个20M是前期示波器为了防止电源输出受高频搅扰过大,来规划的简易硬件滤波电路。假如要深究,个人以为20M只能是一个经验值,而并非理论值了。

四、用更精确的方法丈量纹波噪声

现在新式的数字示波器功用越来越强,咱们不必要必定把自己的思路约束在20M的结构约束里,可以直接通过数字滤波的方法,来得到更精确的信号。一般需求运用示波器的三个功用:FFT、数字滤波器、核算丈量

(1) FFT运算功用。

通过FFT运算,可以有用地剖析波形的频域特性,直观地查看到波形中存在的各个频率重量的功率、有用值、相位等特性,有用地应用在剖析被测体系中的谐波重量和失真、电源信号中的噪声特性等场合。ZDS2000系列示波器标配4Mpts的FFT,在1GSa/s的FFT等效采样率下频率分辨率仍能精密到250Hz,可精确快速的剖析信号搅扰来历。

(2) 数字滤波器功用。

它是运用IIR或FIR数字滤波器,对被测信号进行数字滤波。通过较少的核算量,可以使通带内具有很好的平整度、阻带内有满足的衰减和满足小的阻带纹波。ZDS2024示波器标配的IIR数字滤波功用可挑选高通或低通滤波,截止频率可挑选100Hz到100MHz的宽调理规模。如下图1所示,是ZDS2024示波器在设置归一化截止频率为0.08的低通巴特沃斯滤波器的幅频呼应曲线:

图片2.jpg

图1 低通滤波器的幅频呼应曲线

(3) 主动丈量功用。

不只可以丈量通道源的波形,还可以丈量通过数学运算或许数字滤波后的波形。ZDS2000系列示波器标配的“真实含义”的参数丈量核算会把屏幕上捕获的一切波形进行丈量核算,得出当时值、最大值、最小值平和均值、规范差、丈量次数。用户通过调查核算最大值和最小值可快速了解波形中或许存在的反常,通过调查平均值、规范差可快速评价信号特性。

2、各个功用的典型用处

Ø FFT功用:可以有用地剖析信号中的噪声的频域规模;

Ø 数字滤波功用:可以有用地过滤信号中的噪声成分;

Ø 主动丈量功用:可以用于丈量通过数学运算或许数字滤波后的波形的各个参数目标。

如上所述,咱们现已无形中就将“FFT + 数字滤波 + 主动丈量”组合成了一个可用于定位噪声、削减噪声、波形丈量的利器,可有用地用于存在搅扰的被测信号的搅扰定位和快速丈量。下面,咱们就用这个利器来处理一个常常会遇到的信号丈量的问题。

当咱们在丈量某些正弦小信号时,常常会发现纹波信号会搀杂许多的高次谐波和噪声搅扰,构成波形不能有用触发,更重要的是丈量成果差错很大。波形如下图2所示:

图片3.jpg

图2带搅扰的原始波形

下面,咱们就看怎么运用运用三大功用的组合来处理这个问题,具体步骤如下所示:

Step1:定位噪声规模

运用FFT运算功用,得到该波形的频域特性,剖析波形的噪声搅扰规模,然后定位噪声规模。

图片4.jpg

图3示波器FFT频谱剖析图

由上图3可知,FFT测得的波形的基频是357Hz(因为当时FFT的频谱分辨率为35.7Hz),搅扰的噪声信号的频率规模都是大于1KHz。

Step2:信号滤波

运用数字滤波器功用。因为需求将高频率信号过滤掉,因此在数字滤波菜单中挑选低通滤波形式,然后将截止频率设为1KHz,将大于1KHz的频率信号进行低通滤波衰减。

滤波后效果如下图4所示:

图片5.jpg

图4通过数字滤波后的波形图

Step3:参数丈量

关于数字滤波后的波形,可以运用主动丈量功用,对滤波后的波形的电压、时刻、计数等丈量项进行丈量。如下图5所示,电压方面,原始波形的峰峰值(Pk-Pk)为700mV,而数字滤波后波形的峰峰值为357mV,丈量愈加精确。时刻方面,原始波形的频率丈量值(Freq)为1.127kHz,动摇很大,而数字滤波后波形的频率值为355.2Hz,动摇十分小。

图片6.jpg

图5原始波形与数字滤波波形的丈量成果比照

ZDS2000示波器有4Mpts FFT运算、数字滤波功用、51种“真实含义”的主动丈量核算这三大功用,假如可以灵敏地组合运用,将会使各个功用发挥到极致,能极大地进步作业的功率。

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