如何利用R&S MXO4示波器更高垂直偏置能力测量电源纹波？

电源纹波测试面临的任务

电源纹波测量是电力电子系统设计和嵌入式硬件开发过程中经常面临的测量任务，它用于评估电源系统或模块输出直流电压上的波动情况，以确定负载能够在规格允许的供电范围内正常工作。

要精确测量较小幅度的纹波电压，不仅要求数字示波器具备更低的底噪，更高的垂直分辨率，还有许多其他注意事项。此外，测量设备其他方面的性能也很关键。例如，当您需要同时高精度测量直流电压水平和纹波波动时，就需要示波器具备更高的垂直偏置能力。

如何精准操作电源波纹？

电源纹波测量注意事项

总体来说，电源纹波测量的探测方式包括：

1、使用衰减比10：1的标配无源电压探头；

2、使用衰减比1：1 的低带宽无源电压探头；

3、使用同轴线 + 隔直探测；

4、使用衰减比1：1的高带宽有源电源轨探头。

不同电源纹波探测方案对比

不同探测方法会得到不同的纹波测量结果，通过对不同结果进行比较，我们得出以下结论：标配10：1无源电压探头的较高衰减比会导致纹波波形信噪比恶化，而其他三种探测方式除带宽不同外，均可以得到较好的信噪比。

除了选择更小衰减比探测方案外，纹波测量还需要注意更短的接地，如使用弹簧接地以最小化引入环境干扰。

仪器设置方面，一般选择 20MHz 低通以滤除高频噪声对纹波测量的影响。对于 AC-DC 开关电源，还需要将示波器水平刻度设置为 ≥2ms/格，以观察交流整流对纹波的影响。

为提升纹波测量精度，需要将示波器垂直刻度设置为 mV/格。但由于一般示波器在小垂直刻度下的偏置能力有限，无法将直流电压下拉至屏幕垂直中心再放大观察，所以还需要设置 AC 耦合，以滤除直流成分。

更高偏置能力的优势

常规电源纹波测量中的AC耦合固然可以提升纹波测量精度，但AC耦合也会滤除Hz级别的低频信号，使示波器无法测量直流电源上的低频漂移。如果示波器在小量程下具备更高垂直偏置能力，那就既能测得低频漂移，又能兼具测量精度。

此外，在某些场合下，系统对直流平均值的测量精度要求也很高。AC耦合会滤除直流分量，所以需要在 DC 耦合下设置较小垂直刻度，对直流平均值进行高精度测量，这同样对仪器的垂直偏置能力提出了极大的考验。

罗德与施瓦茨解决方案

R&SMXO4是最佳之选

R&SMXO4 新一代数字示波器具备全采样率 12 bit ADC，20MHz 带宽 500uV/格量程下低至 20uV 超低底噪性能，是电源纹波测量的理想工具！

不仅如此，它还具备业内领先的垂直偏置能力。

以输出为5V的直流电源为例，我们使用1：1无源电压探头进行探测。

首先，将垂直刻度设置为2V/格，对电源输出直流进行平均值测量。

此时测得直流平均值 4.98V，电源纹波峰峰值 229.7mV。由于垂直刻度较大，会导致较大的测量误差。为提升测量精度，先将示波器设置为 AC 耦合，然后将垂直刻度设置为 10mV/格。

在更高的垂直分辨率下，测量精度提升，纹波测量结果降至34.47mV。但因为设置了 AC 耦合，无法有效测量直流平均值。

R&SMXO4 具备超高垂直偏置能力，在 DC 耦合的情况下，保持示波器垂直刻度 10mV/格不变，将示波器的垂直偏置设置为 5.0V。

此时可同时进行直流平均值（5.0V）和纹波峰峰值（35.11mV）高精度测量。利用 R&SMXO4 的高偏置能力，既提升了纹波和直流测量精度，也避免了AC耦合滤除电源低频漂移，同时还提升了测量效率。

审核编辑：刘清