电源测试基础

电源测试基础

1. 综述

电源的本质是把其他形式的能转换成电能的装置，也是向电子设备提供功率的装置。我们所说板上电源是指将外部供给的单电压或者双电压的直流电源，转换成单板正常工作所需要的各种电压的直流电源，也就是单板的供电系统，即电源树。

近年来随着硬件器件的高速发展及更新换代，对供电的要求大幅提高，所以电源对整个系统的稳定性起着越来越重要的作用。因此在研发，生产，检验过程需要对电源的重要指标进行大量的测试。

板上电源主要的测试的指标包括稳压值、纹波、启动冲击电流、上下电波形、上电时序、单板功耗及其它相关指标等。下面就将对板上电源的各个指标及测试方法进行详细介绍。

2. 测试指标及测试方法

2.1 电源的稳压值测试

电源稳压值是按照用电设备的需求输出的稳定电压值。

本项测试目的是测试单板满负载工作时，各个电源网络输出的电源稳压值是否符合器件工作条件的要求。

测试方法：单板上电之后，使用万用表测试电源模块输出端口的稳态电压。如果是含有CPU ，子卡，网络处理器等单板，需要进一步测试满负荷情况下的电源模块输出值。

判断准则：测试的电源模块的输出电压和整定值的误差范围在理论输出值的±X%以内。%X U )U U (0

0≤-（0U 为电源标称的输出值或者理论输出值，±X%的具体值须按照负载本身最严格的要求）。

测试用例：UBPG1单板硬件测试中，用万用表在芯片FPGA(C222)处测量VCC2.5V 的电压值，实测值为：2.5174V ，判断符合要求的范围是在2.475V~2.525V 内，本电压值符合要求。

2.2 电源的纹波测试

纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中，叠加在直流稳定量上的交流分量。

电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波；高频纹波；寄生参数引起的共模纹波噪声；功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声；闭环调节控制引起的纹波噪声。

它主要有以下害处：容易在用电器上产生谐波，谐波会产生更多的危害；降低电源的效率；较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器；会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。

本项目测试的目的是对负载点的电压纹波进行测试，以保证能符合器件工作条件的要求。

测试方法简述：示波器使用交流AC 档测试，以20M 示波器带宽为限制标准，单板满负荷运行条件下，观察示波器的峰峰值（PK-PK 值）。去除示波器探头上的接地线夹与套钩，将示波器插头的保护地悬空。在单板上电源模块的输出端的滤波陶瓷电容或者关注的芯片就近的去藕电容上焊接一根尽量短的接地金属针，或者在测试的时候将金属针缠在探头的接地套上，在输出端的滤波电容的两端直接用探头进行测试。

测试方法的要点说明：

（1）示波器使用交流AC 档测试：纹波是叠加在直流信号上的交流信号，所以，我们要测试纹波信号就可以去掉直流信号，直接测量所叠加的交流信号。通道耦合方式就可以直接选择交流耦合。

（2）以20M 示波器带宽为限制标准：由于电源的开关噪声以及谐波一般在20M 以内，

所以20M以内的纹波和电源的干系较大；20M以上的受单板时钟以及PI设计的影响较大，过高的带宽往往会干扰影响测量结果。对于一些有核电压区别的负载，不一定是要按照20M 限制进行测试，有纹波带宽测试需求的这类芯片，测试点是要选择在负载供电电源的退藕电容旁边，靠近负载端进行测试，带宽的具体要求要查看器件手册，如要求100M或者150M，就按照器件的要求进行带宽限制。

（3）去除示波器探头上的接地线夹与套钩：由于模块电源内部存在大电流的开关切换，使得模块附近存在有较强的辐射场，即使模块有金属外壳屏蔽，通过模块输入、输出线也会有部分辐射场。如果直接将探头接线夹和套钩接在测试点上，则接线夹及其连线会和探头构成很好的环状天线，该天线拾取的辐射噪声会叠加在真实的纹波上，使测试结果要比真实值大很多。去掉探头接地线夹和套钩则可以显著减小天线效应。

（4）将示波器插头的保护地悬空：电源模块输出端存在着一定的共模电流，共模电流流经导电通路时会产生电压差，当两个共模电流回路对地阻抗不一致时，共模电流就会产生差模电压，即使去掉电压探头的接地线夹和套钩，由于探头及示波器内部去线、回线对地阻抗的不一致，共模电流仍会对纹波（差模）测量产生影响。

需要注意的是，采用示波器插头的保护地悬空的方法时，要保证示波器机壳跟内部危险电压电路间能满足加强绝缘或者双重绝缘的要求，否则会存在危险。对于我们试验室使用的示波器TDS3054B测量纹波时，可以考虑简单使用此方法。在不能保证的情况下不能将示波器的插头保护地悬空，应采用以下的方法解决：在示波器的探头线上缠上一个磁环，构成共模电感；或者采用原副边耦合电容很小的隔离变压器给示波器供电。

（5）在输出端的滤波电容的两端直接用探头进行测试：对于测试点上没有滤波电容的电源纹波测试时，还要在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，以减小引入噪声影响到实际测试结果，用示波器的探针直接在电源网络和最近的接地点上进行测试。

（6）其它说明：上面讲述的方法是电压信号测量法。电压信号测量纹波就是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号；对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。

判断准则：

1）：对于+5.5V、3.3V、2.5V等电压相对比较大的电源，如果负载有自己的要求纹波标准，则首先要满足负载本身的要求。对于负载自己要求不是很明显的，测试电源的

纹波应该在理论输出值的±1%以内，

%

1

U

V

PK

（V PK为测得的纹波峰峰值，U0为电

源的理论输出值）。

2）对于相对比较低的电压，1.8V以下的电源，首先要满足负载本身的要求，如过负载没有详细要求，如0.9V的电压，一般以不超过一个经验值为标准，比如20mV。具体参照设计要求的标准。

测试用例：UBPG1单板硬件测试中，示波器使用交流AC档测试，以20M示波器带宽为限制标准，去除示波器探头上的接地线夹与套钩，将示波器插头的保护地悬空，单板满负荷运行条件下，观察到的CPU-C112A11处VCC3.3V的纹波，示波器的峰峰值（PK-PK值）。