Roland van Roy | AN079 from RICHTEK
输出电压纹波是开关电源转换器的一个重要参数。某些负载对供电的电压纹波非常敏感，而某些Vcore对供电电压的要求很高，需满足严格的容受范围。准确测量纹波不容易，特别是对于高频开关式电源转换器。
本文将解释DC-DC转换器的输出纹波，并提供有用的设计技巧，以获得更准确的测量结果。
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9 DC-DC转换器增益相位测量设置技巧
电源转换器控制回路增益相位测量，可以通过将正弦波小信号输入回授网路，并测量转换器输出端插入点两侧的正弦波纹波幅度和相位来进行。（见图35）。
图35
正弦波小信号的振幅必须尽量保持较小，以避免改变电源转换器的操作工作点，因此在测量点的正弦波信号幅度也会相当小。为了获得准确的增益相位测量结果，测量应具有高灵敏度，并且所测得的信号应具有低开关杂讯噪声。因此，先前讨论的输出纹波测量方法也可应用于增益相位测量。
在进行增益相位测量时，扭转线方法非常有用：灵敏的测量点须远离开关转换器，信号输入变压器引线、CH1探头和CH2探头都可以方便地连接到扭转的线端，离PCB也要有一定的距离（见图36）。
图36
10 实用增益相位测量范例
图37显示了RT6363GQW 60V/3A降压转换器在24V至5V/3A应用中的增益相位测量设置。
图37
RT6363GQW是一个额定电压为60V/3A的电流模式降压转换器，通常应用于工业领域。在这个24V到5V/3A的应用中，切换频率设定为1MHz，并搭配24μF的有效输出电容，外部补偿设定为60kHz的交叉频率。
为了进行增益相位的测量，增加了一个1.7A的电阻性负载以确保连续导通模式的运作。在回授网路的顶部插入了一个4.7Ω的电阻，正弦波小信号通过这个电阻作输入。图38显示其电路图。
图38
为了最小化测量中的杂讯，4.7Ω电阻的测量点与接地线连接在一起，同时连接到靠近回授网路的一个干净的小信号地线。插入变压器和两个1:1的探头连接到扭转线的另一侧。见图39。
图39
在进行切换转换器的增益相位测量时，插入的正弦波小信号应该保持较小，以避免非线性转换器行为（例如PSM模式或占空比限制）。在低频率情况下，回路增益较大，插入信号也可以较大以达到足够的低频敏感度，但在转换器LC频率以上，插入信号必须保持较小，特别是在交叉频率附近。大多数增益相位分析仪都具有可调节输入入信号振幅的功能。
图40显示了BODE-100分析仪的图形选单。在1kHz以下的扫描频率，振幅被最大化，但必须检查小信号输入变压器时，在低频时是否会饱和。这可以通过检查小信号正弦波形状来完成。
图40
在1kHz以上，振幅降低。10kHz以上的正弦波被设置为固定的低振幅。可以通过观察交叉频率附近的切换信号占空比变化来检查确切的振幅。
图41
图42显示了增益相位测量的结果。曲线平滑，没有显示出奇怪的行为。交叉频率为59kHz（接近60kHz的目标值），相位裕度为63度。
图42
10.1 使用长地线进行的第二次测量
为了显示在使用带有长地线的探头连接时会发生什么，图43显示了测量设置，其中CH1和CH2的1:1探头使用长地线和夹子连接。切换信号也是通过直接将10:1探头（带有红色）环直接连接到切换信号来测量，这样的方式会增加额外的杂讯。
图43
图44
11 总结/实用建议
(1) 测量回路最小化
在测量DC-DC转换器输出电压纹波时，测量回路面积在杂讯收集中发挥重要作用。始终将探头连接回路面积最小化。使用尖端和桶式方法或扭转线方法可以减少杂讯的接收。通过改变电感方向来检查电感杂散磁场的影响。
(2) 避免将杂讯添加到测量中
直接将探头连接到快速切换波形可能会增加大量高频杂讯。使用非常短的地线或使用电容式取样来检查切换信号可以将高频杂讯降到最低。
(3) 设定可接受的示波器取样频宽
由转换器输出纹波引起的杂讯，对不同敏感性负载的应用可能有所不同。对于对杂讯敏感的应用，例如高分辨率类比数位转换器 (ADC) 或音频应用，建议在全频宽下测量输出纹波，而对于对杂讯不敏感的应用，可以选择20MHz的取样频宽。请注意，仍然需要在完整示波器取样频宽下检查背景杂讯，以防输出纹波被不准确地测量。
(4) 在运行增益相位分析之前在时域中检查信号
在增益-相位测量中，将信号连接到频率响应分析仪之前，必需检查示波器上测得的信号。尽量减少信号中的杂讯以获得最佳量测结果。
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