KIKUSUI菊水-DC/DC轉(zhuǎn)換器測(cè)試系統(tǒng)中的電源噪聲及如何減少電源噪聲
噪聲是包括電源在內(nèi)的測(cè)試系統(tǒng)中多余的但卻無(wú)法避免的問(wèn)題。(除了電池是低噪聲的電源)一部分的噪聲總是由電源產(chǎn)生或者傳送的。然而電源是為另一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行供電的設(shè)備，而不是為了自己使用。所以，電源噪聲需要足夠低，以免干擾相鄰設(shè)備或測(cè)試結(jié)果。
下面介紹一下如何減輕測(cè)試系統(tǒng)中的電源噪聲。系列推文包含了兩個(gè)測(cè)試系統(tǒng)示例來(lái)解釋如何在測(cè)試系統(tǒng)中設(shè)置電源或測(cè)量設(shè)備，以及布線方式。先為大家介紹一下DC/DC轉(zhuǎn)換器測(cè)試系統(tǒng)中的電源噪聲。
DC/DC轉(zhuǎn)換器測(cè)試系統(tǒng)中的電源噪聲
圖1顯示為DC/DC轉(zhuǎn)換器測(cè)試系統(tǒng)。DUT是一個(gè)由電源進(jìn)行供電的DC/DC轉(zhuǎn)換器，連接了一個(gè)負(fù)載電阻器。示波器測(cè)量DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓紋波；電壓表1測(cè)量輸出電壓；輸出電流可通過(guò)測(cè)量電壓表2的分流電阻器兩端的電壓來(lái)獲取。為了**起見(jiàn)，電源、示波器、電壓表1與電壓表2的輸入源均被接地至GND。
什么是電源噪聲
電源噪聲可被分為兩種類(lèi)型，一種是在接地回路中產(chǎn)生的共模噪聲，另一種是在正負(fù)線路中出現(xiàn)的差分(正常)模式噪聲。共模噪聲作用于接地(GND)線與負(fù)線上。當(dāng)電源電纜插在插座上時(shí)，GND端子接地。
如何減少電源噪聲？
1.差分模式噪聲是如何進(jìn)入DUT的？
正極與負(fù)極電纜的布線將差分模式噪聲傳輸至DUT。而DUT如何抑制噪聲取決于他們的電源抑制比(PSRR)。DUT對(duì)差分模式噪聲的耐受性可通過(guò)確定噪聲頻率特性如何影響DUT的輸出來(lái)測(cè)量。為了減少噪聲，使用電纜電感并在DUT的輸入端放置一個(gè)具有良好高頻特性的電容器可能會(huì)有所幫助。如圖3所示，在線環(huán)中由于差分模式電流，可能會(huì)產(chǎn)生磁通量。此類(lèi)噪聲會(huì)被發(fā)射至空氣中，從而影響到鄰近的設(shè)備。所以為了抑制此類(lèi)噪聲的發(fā)射，請(qǐng)扭轉(zhuǎn)正極與負(fù)極的電纜
2.共模噪聲是如何進(jìn)入DUT的？
共模噪聲出現(xiàn)在通過(guò)GND觸點(diǎn)(公共接地)傳輸?shù)碾娫吹恼龢O與負(fù)極線路中。也就是說(shuō)，共模噪聲同時(shí)進(jìn)行GND與負(fù)極線。相同量的共模噪聲(電壓)也同樣出現(xiàn)在施加差分模式噪聲(電壓)與DC電壓的正極線上。當(dāng)共模噪聲進(jìn)入DUT時(shí)，根據(jù)DUT的信號(hào)線與GND之間的雜散電容，共模噪聲可能會(huì)轉(zhuǎn)換為差分模式噪聲，從而影響DUT的輸出性能。如圖4所示，如果有一個(gè)大的接地回路與導(dǎo)線回路，可能會(huì)由于噪聲電流產(chǎn)生磁通。此類(lèi)噪聲會(huì)被發(fā)射至空氣中，影響鄰近的設(shè)備(如測(cè)試設(shè)備)。為了減少此類(lèi)噪聲，需要縮小環(huán)路。可以按照下圖5的方法B將DUT的GND進(jìn)行接地來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.如何防御共模噪聲？
在上圖4與上圖5所示的兩種情況下(方法A與方法B)，都存在著接地電路，所以共模噪聲與磁通是無(wú)法避免的。為了防止共模噪聲的發(fā)生，可參考下圖，在電源的接地與電源的負(fù)極端子之間加一個(gè)電容器或短導(dǎo)線。
但是，當(dāng)將下圖7與圖6進(jìn)行對(duì)比時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者雖然相似，但是圖7在DUT輸入的GND與負(fù)極端子之間添加了一個(gè)電容器與短導(dǎo)線。雖然看起來(lái)沒(méi)有大問(wèn)題，但是噪聲電流Iw1與Iw2增加，磁通量變得比圖4與圖5中的磁通量更強(qiáng)。這會(huì)導(dǎo)致電波干擾測(cè)量系統(tǒng)與其他鄰近系統(tǒng)。另外，這也有助于產(chǎn)生差分模式的噪聲(Vw1 Vw2)
4.共模扼流圈
在圖7的情況下，如果噪聲電流減少，磁通噪聲也能減少，在圖8中增加了一個(gè)共模扼流圈后，導(dǎo)線回路上的電纜阻抗將增加。相應(yīng)的Iw1與Iw2可減少共模扼流圈，也可阻擋外部噪聲(磁通量)。因此，可將其添加在圖6所示的系統(tǒng)示例中。圖9則顯示了共模扼流圈的阻抗(Z)與Iw之間的關(guān)系。如果Z增加則Iw就會(huì)減少。因此，磁通量也將減少。
5.總結(jié)
對(duì)于如何控制電源噪聲，以及發(fā)生測(cè)試系統(tǒng)中的噪聲持續(xù)存在的現(xiàn)象，作為總結(jié)可以參考下面的圖10.并可以嘗試以下操作。
A) 扭轉(zhuǎn)正極與負(fù)極的電纜。*1
B) 將電源的輸出端連接至GND或用電容器連接。
C) 避免接地回路
*1：將共模扼流圈應(yīng)用于電源輸出也是有效的。
