12bit高精度示波器纹波测试完整教程：电源纹波测量方法与注意事项

2025-02-14

什么是电源纹波？纹波与噪声的区别

1、纹波的定义

纹波是由于直流稳压电源的电压波动而造成的一种现象，因为直流稳压电源一般是由交流电源经整流稳压、滤波等环节而形成的，由于滤波不彻底，就会遗留交流成分，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。

2、示波器噪声是什么？

示波器噪声是指在测量信号时，示波器自身或外部环境引入的无规律、随机的电信号波动。这些噪声会干扰信号的准确显示，影响测量结果的清晰度和精度。

两者主要区别如图1和表1所示：

如何测量电源纹波？12bit vs 8bit示波器性能对比

由于纹波和噪声的幅度比较小，使用传统的8bit示波器可能无法捕捉到较小的纹波信号，相比较之下，12bit示波器的动态范围较大，能提供更高的分辨率和更精确的测量能力，避免由于分辨率不足导致的测量误差。

这里用到我们的12bit ADC位数示波器 - ZUS5054Pro示波器来进行测试，用到的工具有ZP1010SA探头和常规的电源适配器来进行纹波测量。

[图2 测试场景]

[图3 ZUS5054Pro示波器]

电源纹波测试注意事项：探头设置与参数配置

选择合适的探头档位

首先探头要选择合适的档位，一般选择衰减比例1:1的无源探头测量输出阻抗及频率较低的电源纹波，避免不必要的噪声衰减影响纹波的测量；如果电压比较大，或者对带宽要求比较高的情况下可使用 X10 档。

[图4 探头档位选择]

耦合方式：交流耦合设置

纹波属于是交流成分，所以"通道耦合"方式可使用**"交流耦合"**方式来限制直流信号的输入，进而观察波形中的交流成分，也就是纹波，如图5所示。

[图5 通道界面设置]

带宽限制设置

一般将带宽限制设置到20MHz，可适当的使用"带宽限制"功能，来滤除不必要的高频噪声滤除，如图5所示。

阻抗设置

示波器通道阻抗有1MΩ和50Ω两种选择。使用无源探头时，通常选择1MΩ。同时，探头要选择合适的挡位，电压较大或者对带宽要求较高时，可使用X10档；普通情况下建议使用X1档，以减少纹波测量的影响。示波器通道的衰减比也要调成相应的档位。

[图6 探头界面设置]

触发方式选择

触发方式可以选用边沿触发，如果需要实时观察纹波信号，可选择"Auto（自动触发）"，如果需要观察某次测量时的波形，可选择"Normal（正常触发）"。

除此之外，更重要的一点就是要避免电磁辐射等对信号的干扰，所以在测量时建议使用弹簧探针接地，避免长接地线引入干扰噪声带来不必要干扰。

测量量程设置

适当调整水平时基，垂直档位和垂直偏移，使波形信号在屏幕的中央以较好的效果显示，通常选择在小量程下测量纹波。

FIR滤波功能：提升纹波测量精度的关键

在遇到大量程的情况下，示波器的底噪声会越高，这里可以用到我们示波器自带的FIR滤波功能，相比较单纯的20M带宽限制，我们可以更加灵活的设置滤波频点来滤除我们不要的信号，进而得到一条更加干净的波形。开滤波后捕获的纹波如下图8所示。

[图7 未滤除噪声信号的波形]

[图8 正确捕捉的纹波]

从图8中可以看出，正确的纹波测量方式可以清晰地捕抓到正常的纹波，减少了不必要的噪声和杂波对纹波的影响。但是遇到噪声较大的情况时候，可以用到我们示波器的FIR滤波功能进行灵活设置频点来滤除不必要的噪声，得到的波形基本上就是一条干净的纹波。

在测量纹波电压时，选择直流有效值来表达测量结果更为准确。具体可以使用示波器中的【measure】功能进行自动测量，ZUS5054Pro支持32种参数测量，最多同时显示24种参数，基于12bit高位数ADC和大存储深度，实现电源纹波参数的测量的同时，还支持光标功能（Cursor）手动卡值。

[图9 ZUS5054Pro的测量结果]

[图10 ZDS5054Pro的测量结果]

测量结果分析：12bit示波器 vs 8bit示波器精度对比

在同样测试条件下，我们用8bit示波器和12bit示波器分别进行了测量。虽然精度不同，但结果显示两者测量值相近。这可能说明在当前测量条件下，电源纹波的幅度较大，使得8bit示波器的分辨率足以捕捉到纹波信号。但是12bit示波器的精度更高，分辨率更强，能够更细致地显示信号细节，特别是在电源纹波较小或者测量要求较高的情况下，12bit示波器能满足更严格的测量需求，确保测量结果的可靠性。下面是我司12bit示波器与传统8bit示波器的精度误差对比。