頻域示波器如何測量開關頻率噪聲？

一、測量開關頻率噪聲的步驟

1. 準備設備和連接

• 設備準備：
  • 頻域示波器（具有FFT功能的示波器或頻譜分析儀）。
  • 適當?shù)奶筋^（如高頻探頭或差分探頭）。
  • 被測電源（SMPS）。
• 連接探頭：
  • 將探頭連接到開關電源的輸出端（如Vout）或開關節(jié)點（如MOSFET的漏極）。
  • 如果測量輸出噪聲，確保探頭的接地良好，以避免引入額外的噪聲。
  • 如果測量開關節(jié)點的噪聲，建議使用差分探頭，以避免共模噪聲的干擾。

2. 設置頻域示波器參數(shù)

• 頻率范圍：
  • 設置中心頻率（Center Frequency）為開關頻率的近似值。例如，如果開關頻率為100 kHz，中心頻率可以設置為100 kHz。
  • 設置頻率范圍（Span）以覆蓋開關頻率及其諧波。例如，設置為200 kHz或更寬，以便觀察到開關頻率的倍頻。
• 分辨率帶寬（RBW）：
  • 設置RBW以獲得合適的頻率分辨率。對于開關頻率噪聲，RBW可以設置為1 kHz到10 kHz之間，具體取決于噪聲的頻率分布。
• 掃描時間（Sweep Time）：
  • 根據(jù)RBW自動設置掃描時間，或者手動調(diào)整以獲得清晰的頻譜圖。
• 檢測模式（Detection Mode）：
  • 選擇“峰值檢測”模式，以便清晰地觀察噪聲峰值。

3. 測量和分析開關頻率噪聲

• 觀察頻譜圖：
  • 啟動頻域分析功能，觀察頻譜圖中的噪聲峰值。
  • 開關頻率噪聲通常會在開關頻率及其倍頻處出現(xiàn)明顯的峰值。例如，開關頻率為100 kHz時，可能會在100 kHz、200 kHz、300 kHz等位置出現(xiàn)峰值。
• 分析噪聲幅度：
  • 通過頻譜圖中的標記功能（Marker），測量噪聲峰值的幅度（dBm或Vrms）。
  • 比較不同頻率下的噪聲幅度，確定主要的噪聲源。

二、如何優(yōu)化測量結果

1. 減少噪聲干擾

• 使用合適的探頭：
  • 使用高頻探頭或差分探頭，避免引入外部噪聲。
  • 確保探頭的接地良好，減少共模干擾。
• 使用屏蔽措施：
  • 將被測電源放置在屏蔽箱內(nèi)，減少外部電磁干擾。
• 增加濾波器：
  • 在探頭前端增加低通濾波器，濾除高頻噪聲。

2. 調(diào)整測量參數(shù)

• 調(diào)整RBW：
  • 如果噪聲峰值不夠清晰，可以減小RBW以提高頻率分辨率。
  • 如果掃描時間過長，可以適當增加RBW以加快測量速度。
• 增加平均次數(shù)：
  • 使用平均功能（如16次或更多）降低噪聲的隨機性，提高測量的準確性。

三、案例分析

1. 連接探頭：
   • 將高頻探頭連接到開關電源的輸出端（Vout）。
   • 確保探頭接地良好。
2. 設置頻域示波器參數(shù)：
   • 中心頻率：100 kHz。
   • 頻率范圍：200 kHz。
   • 分辨率帶寬：1 kHz。
   • 檢測模式：峰值檢測。
3. 觀察頻譜圖：
   • 啟動頻域分析功能，觀察頻譜圖。
   • 發(fā)現(xiàn)在100 kHz、200 kHz、300 kHz等位置出現(xiàn)明顯的噪聲峰值。
4. 分析噪聲幅度：
   • 使用標記功能測量100 kHz處的噪聲幅度為-40 dBm。
   • 比較其他頻率下的噪聲幅度，發(fā)現(xiàn)主要噪聲集中在開關頻率及其倍頻。

四、如何根據(jù)測量結果優(yōu)化設計

1. 調(diào)整開關頻率：
   • 如果開關頻率噪聲過高，可以嘗試調(diào)整開關頻率，避開敏感頻段。
   • 例如，將開關頻率從100 kHz調(diào)整到120 kHz，觀察噪聲是否降低。
2. 優(yōu)化開關器件的驅(qū)動電路：
   • 減緩開關器件的開關速度（如增加柵極電阻），以降低開關噪聲。
3. 增加濾波元件：
   • 在輸出端增加高頻濾波電容（如10 μF陶瓷電容），以抑制高頻噪聲。
4. 優(yōu)化PCB布線：
   • 縮短電源線和地線的長度，減少寄生阻抗。
   • 增加電源線的寬度，降低阻抗。