在电源设计领域，电源纹波是一个至关重要的考量参数，同时也是电力工程师日常工作中常见的测试项目。本文将围绕电源纹波展开深入探讨，详细分析其产生的原因，并介绍的测试方法。需要明确的是，文中所提及的 “电源纹波”，特指直流电源输出中的交流分量。由于直流输出中的交流电压未能被完全抑制，从而导致直流电压呈现出周期性变化。
以降压（buck）电路为例，降压电路中的开关器件会以特定频率进行导通或关断操作。当器件进行开关动作时，就会产生与开关周期一致的开关纹波。开关纹波的频率范围通常在几十 kHz 至几 MHz 之间。
（图 1：降压电路中产生的开关纹波）
在实际的开关电源中，由于电路中存在寄生电感和电容，当开关管导通和截止的瞬间，会产生高频开关噪声。这种开关噪声的频率高于开关频率，其幅值与寄生参数和 PCB 布局密切相关。
（图 2：实际开关电源产生的高频开关噪声）
在某些应用场景中，负载电流会发生快速变化。电流的剧烈变化会导致输出电压出现波动。
（图 3：负载跳变引起的输出电压波动）
在很多实际应用中，对电源纹波都有着严格的要求。例如，射频（RF）电路、高速时钟和一些高速接口，不仅对开关纹波有严格要求，对全带宽的纹波也有着极高的标准。
示波器是测量纹波常用的仪器。在选择示波器时，有两个主要的考量因素：
要选择在所需范围内工作的示波器。例如，如果要测量 500mHz 的纹波，就不能使用 100mHz 的示波器来进行测试并生成数据。
常见的探头类型包括电压探头、同轴电缆和差分探头。
（图 4：常见探头类型）
本文将重点介绍如何通过电压探头和同轴电缆进行测试。
电压探头必须经过事先校准。无衰减 1 倍探头的输入阻抗可以忽略不计。当示波器内部阻抗为 1MΩ 时，总输入阻抗也为 1MΩ。
（图 5：1 倍探头的阻抗特性）
高阻抗 10 倍探头的输入阻抗为 9MΩ，当示波器内部输入阻抗为 1MΩ 时，总输入阻抗为 10MΩ。如果采用 10 倍探头，信号通过阻抗匹配后会有 10 倍的衰减；而衰减比越高，信噪比越低。由于纹波属于小信号，使用 1 倍探头无需进行阻抗匹配，信号不会失真，因此更加适合。
测试方法同样重要。示波器探头的地线相当于一个小电感，它产生的失真振铃会影响测试结果。通常建议采用环法进行测试。如果无法使用示波器的环，也可以用焊锡丝代替。测试时，探头应直接放在电容两端，以尽量减小测试电路。对于开关纹波测试，建议将示波器的带宽限制在 20mHz，以尽量降低测试技术和探头的影响。
（图 7：直接放置在电容两端的探头）
此外，还建议测试开关纹波的累积值，用以验证电源的稳定性，并确保无振荡。有些负载对高频噪声有特殊要求，需要在全带宽范围内进行测试。一般推荐使用同轴电缆进行测试，因为相比同轴电缆，环测试的接地阻抗和测试环路仍然偏大。
同轴电缆具有极性。将同轴电缆焊接到输出电容的正负端可以产生更真实的波形。
对于需要在更高和更低温度下测试纹波的高可靠性产品，同轴电缆更加理想。它可以与为 IC 供电的设备放在一起，尤其是放在高温或低温箱中时，不会因缆线过长而导致测试结果失真。
本文全面回顾了测量电源纹波的基本方法，并深入探讨了如何使用电压探头和同轴电缆进行测试。在要求严苛的开关模式设计、一般开关纹波应用以及需要在全带宽范围内提供适当纹波值的应用中，准确了解电源纹波的产生原因并掌握的测试方法至关重要。
