工程师们在为工作台测试或 ATE 系统选择仪器级电源时经常会犹豫不决：应该选择开关式电源还是线性电源？开关电源的优点在于效率高、体积小、发热量低，而线性开关则偏大、偏重。然而，在选择开关电源或线性电源时，最重要的考虑因素是电子噪声。人们普遍认为开关电源的噪声大于线性电源。 

 

       仪器级开关电源主要用于产品的测量与测试。在工作台上，这些电源大多通过旋钮或按键控制；在自动化系统中，它们通过 GPIB、LAN/LXI 或 USB 接口进行控制。仪器级开关电源在 20 世纪 70 年代末期便已问世。然而，早期的设计往往存在大量的电子噪声，因此并不适用于测试对噪声比较敏感的器件。

 

      经过多年的发展，开关电源设计已经取得了长足的发展，但是人们对它的认识仍停留在以往的印象中。由于人们对电子噪声的本质缺乏了解，也不清楚它对被测件（DUT）有什么负面影响，所以“害怕缺陷仍然存在”的担忧有可能会持续下去。

 

       造成这种担忧的原因之一是开关电源一般在 50 kHz 至 100 kHz 的频率范围内工作（或进行开关切换）。在切换频率和谐波上会生成电噪声。相反，线性电源是在线频率（50 Hz/60 Hz）及其谐波上生成噪声，因此噪声剖面的频率较低且较容易消除。

 

      需要考虑的噪声有三种：峰峰常模噪声，RMS 常模噪声和共模噪声。常模噪声是指电源正极输出引线与负极输出引线的噪声差。共模噪声是指正极和负极输出引线与接地的噪声差。见图 1。

 

图1：

         

 

图中文字中英对照：

          

 

         当今市场上出现的大部分电源只规定了 RMS 常模噪声的技术指标。然而，峰峰噪声与共模噪声的问题更严重。对多数电源来讲，峰峰常模电压噪声可能比 RMS 噪声高 10 倍。此外，人们对共模噪声的误解同样很深。大部分电源极少规定共模噪声的技术指标，但实际上在使用开关电源时，它才是产生噪声问题的罪魁祸首。   

 

        工程师在意识到电源会在高频上产生噪声后，立刻有所警惕。然而，在电源输出和被测件之间的典型布线经常会出现电感和电容。因此，引线本身往往就成为过滤高频噪声的滤波器。结果在 80% 到 90% 的情况中，由于布线的滤波效应，高频噪声不能到达被测件，因而不会造成不良影响。但是在另外 10% 到 20% 的情况中，噪声会产生影响。

 

        由于常模噪声是正极、负极电源引线中的电压差，所以会对被测件造成不良影响。共模噪声在两条引线的电压值相同，所以看上去对被测件“不存在影响”。虽然共模噪声不会像常模噪声那样对被测件产生影响，但应该注意到，共模噪声电流实际上会流过被测件，一旦它进入被测件，就有可能导致与辐射和串扰有关的问题。 

 

       已知共模噪声在两条引线中的电压值相等，则共模噪声电流的值也相等。图 2 中，共模噪声电流 Icm1 和 Icm2 分别经过每条引线的阻抗 Z1 和 Z2，阻抗两端发生压降，将共模电流噪声转变为共模电压噪声。只要两条引线中的阻抗接近相等，那么每条引线中的压降也会相等，因此这种噪声对被测件的影响可以“忽略”。但是如果每条引线的阻抗不同，那么压降也会不同。压降的差值将导致正极、负极引线之间的电压差，由此产生常模电压噪声。共模电流噪声因为引线阻抗失配而转变为常模电压噪声。因此，这个神秘的、无形的、未作明确说明的共模噪声将会变成有害的噪声，而且它在示波器上显示得还相当明显。
 

图2：