オシロスコープで電源のリップルを測定する

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117 電源のリップルとは、電源の性能を最も直接的に示す指標です。直流安定化電源は、一般的に交流電源を整流や安定化処理することで作られますが、避けられないことに、直流安定化電圧の中にはある程度の交流成分が含まれています。この直流安定化電圧に重ね合わさった交流成分こそが、リップルと呼ばれるものです。 オシロスコープの設定1.まずプローブは適切なレンジを選択する必要があります。電圧が高い場合や、帯域幅に高い要求がある場合はX10レンジを使用できますが、通常はX1レンジを推奨します。これにより、不必要なノイズの減衰がリップルの測定に影響を与えるのを防げます。また、オシロスコープのチャンネルの減衰率もX1に設定することを忘れないでください。https://pic4.zhimg.com/80/v2-d22fb734fab2710ffda8d5fcf394f1f3_720w.jpg2. リップルは交流成分に属するため、「チャンネル結合」モードでは交流結合モードを使用し、直流信号の入力を制限する必要があります。また、オシロスコープの垂直軸の調整範囲には限界があるため、直流信号が過大だとリップルが見えなくなることがあります。交流結合を選択すると、交流リップル信号のみが表示され、波形の観察が容易になります。https://pic2.zhimg.com/80/v2-a151b7bdcbcd00e2bb44d45961e08bb5_720w.jpg3. 帯域幅制限機能を使用すると、一般的なスイッチング電源の出力リップル周波数は0～20MHzの範囲になる。一方、高周波同期スイッチングノイズや信号反射などによって生じるノイズは0～1GHzの範囲にある。そのため、不要な高周波ノイズを除去できる20MHzの帯域制限を選択することをお勧めします。https://pic4.zhimg.com/80/v2-21db530357eae61a227e3801f130073b_720w.jpg4. 電磁波などによる信号の干渉を避けるため、オシロスコープのプローブの接地線はできるだけ短くする必要があり、通常はプローブに内蔵されている接地スプリングを使って接地します。https://pic2.zhimg.com/80/v2-189e40927469bf503c3c1cd240d469f1_720w.jpg5. FFT機能を用いてリップル波形を周波数領域で分析することで、各周波数帯域におけるノイズやスイッチングによって生じるリップルの大きさを正確に把握できます。https://pic4.zhimg.com/80/v2-d42cc439bf9aacfd0f141f44b56f0267_720w.jpg
要約すると：プローブはできるだけX1設定を使用し、チャネルの結合方式は交流結合にし、帯域制限は20Mのローパスとし、接地線をできるだけ短くするために接地用スプリングピンを使用する。 測定結果の波形を垂直方向および水平方向に適切な位置に調整した後、オシロスコープの測定オプションを開き、ピーク値を選択することで、直ちにリップルのピーク値を得ることができます。では、リップルのピーク値はどの程度が適切でしょうか？一般的なデジタルI/O：電源のリップルノイズに対する許容範囲は広く、100mV程度でも問題ない。リレー出力やオプトカプラ出力の電源では、100mV程度のリップルノイズまで許容可能である。工業用通信ポートの電源、例えばRS-232、RS-485、CANといったバス型の電源は、本来デジタル信号であり、RS-485やCANの場合は差動伝送方式を採用しているため、電源のリップルノイズにそれほど敏感ではない。この場合、電源のリップルノイズは一般的に75mV程度でコントロールすれば十分である。低速で低精度のデータ収集システムでは、精度や速度にそれほど高い要求がなく、リップルノイズを50mV程度に抑えれば、通常はデータ収集のニーズを満たすことができる。低電圧CPUに電力を供給する電源、例えば1.2Vや0.8VのCPU電源システムでは、電源のリップルノイズにかなり敏感であり、リップルノイズが大きいとCPUの正常な動作に影響を与えたり、場合によってはCPUが破損することもある。そのため、一般的には30mV以内に抑える必要がある。高速で高精度なデータ収集システムでは、精度と速度の両方に高い要求があり、電源のリップルノイズに非常に敏感である。電源のリップルノイズを小さく保つだけでなく、高精度でコモンモード除去比の高いアンプを使用する必要があり、電源のリップルノイズは一般的に10mV以内に抑える必要がある。