漣波電壓(ripple voltage)
漣波電壓是騎在理想上應為平直的直流電源上、那小而重複的晃動。沒有真實電源是完美平滑的:整流器以脈衝方式把電容再充滿,交換式穩壓器以高頻切斷,所以輸出是直流加上一點殘餘的交流。想像一池平靜的水(直流位準),水面有小而規律的波(漣波)——你會希望那些波小到你的電路能容忍。
它來自兩個來源、有兩種樣貌。在未穩壓或整流的電源裡,漣波是儲能電容在市電波峰之間放電所形成的低頻鋸齒(100 或 120 Hz);可估算為漣波約等於 I times t / C。在交換式穩壓器裡,漣波是切換頻率的高頻鋸齒,加上每個切換邊緣的尖銳突波。漣波通常以峰對峰或均方根值標示。例如:一條 5 V 電源軌有 50 mV 峰對峰漣波,即 1% 漣波——對數位邏輯沒問題,但對敏感的 ADC 參考或音訊前級可能無法忍受。
為何重要:漣波是真實世界臭蟲的首要來源。它在音訊裡表現為哼聲、在影像與顯示器裡表現為條紋或閃爍、在時脈裡表現為抖動,並把雜訊加到 ADC 從那條電源軌取的每一筆量測上。對付低頻漣波,用更大的儲能電容與穩壓器(其漣波抑制能再削減它);對付交換漣波,用好的輸出電容、小的佈線迴路、常加一個小的 LC 或鐵氧體磁珠濾波,外加每顆晶片旁的本地去耦。知道頻率,你就知道該拿哪件武器。
估算儲能電容漣波:一個全波電源從 2200 uF 電容(每 10 ms 再充電)抽取 0.5 A,漣波約 0.5 times 0.01 / 0.0022 = 2.3 V 峰對峰。再加一顆在該頻率有 60 dB 漣波抑制(1000 倍)的 5 V 穩壓器,2.3 V 在穩壓輸出上就變成約 2.3 mV。
直流電源軌上殘餘的交流——更大的電容與穩壓器把它縮小。
穩壓器的漣波抑制(PSRR)不是單一數字——它在高頻急遽下降。它能壓垮 100 Hz 的市電漣波,卻對 1 MHz 的交換突波幾乎無能為力,這就是為何低漣波的交換式設計仍需謹慎的輸出濾波與去耦。