開(kāi)關(guān)電源測(cè)試小訣竅——如何正確使用示波器

在FAE的日常工作中經(jīng)常收到有用戶(hù)反饋：明明系統(tǒng)已經(jīng)正常運(yùn)行，但是在測(cè)試量化波形數(shù)據(jù)時(shí)得到的結(jié)果卻不盡人意，為何會(huì)產(chǎn)生如此出入呢？問(wèn)題可能出在測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備的使用上！

在全面排查是否為系統(tǒng)產(chǎn)品的問(wèn)題之前（工作量巨大、耗時(shí)耗力），我們必須先檢查自己測(cè)試的環(huán)境、手段及方法，是否“測(cè)對(duì)了”？其中如何正確的選擇示波器的測(cè)試方法尤為重要！

本文主要為大家闡述示波器的三大關(guān)鍵指標(biāo)及金升陽(yáng)測(cè)試使用時(shí)謹(jǐn)遵的測(cè)試規(guī)范及相關(guān)注意事項(xiàng)。

一、如何根據(jù)示波器的關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)選擇合適的示波器

示波器作為常用的高精密測(cè)試儀器，它能夠把肉眼看不見(jiàn)的電信號(hào)變換成可視圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程。示波器的正確使用至關(guān)重要，常有測(cè)試人員因參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致“實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)”與系統(tǒng)實(shí)際工作狀態(tài)大相徑庭，帶來(lái)不必要的麻煩。

示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)：帶寬、采樣率、存儲(chǔ)深度。

1、帶寬：指響應(yīng)導(dǎo)致輸出幅度下降到70.7%（-3dB）時(shí)的頻率范圍。

隨高頻功率開(kāi)關(guān)、整流器技術(shù)的不斷發(fā)展，電源工作頻率的不斷提高，目前市面上新興的GaN MOSFET、SiC MOSFET和SiC肖特基整流管等功率開(kāi)關(guān)，開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間不到5ns（開(kāi)斷頻率超過(guò)200MHz），在工程測(cè)量過(guò)程中，為觀察此類(lèi)快速變化的信號(hào)，需要足夠帶寬的測(cè)量系統(tǒng)，帶寬足夠不僅是示波器的帶寬，探頭的帶寬也要足夠。

金升陽(yáng)常用差分探頭、示波器的帶寬為100MHz，可以滿(mǎn)足日常測(cè)試所需。帶寬越高，能采集到的被測(cè)信號(hào)高次諧波范圍越廣，被測(cè)信號(hào)失真越少，但探頭的帶寬并不是越大越好，帶寬越高，引入的頻率越多，進(jìn)入噪聲信號(hào)也越多，以紋波噪聲測(cè)試示波器需開(kāi)啟20MHz帶寬限制進(jìn)行測(cè)量為例，就對(duì)帶寬進(jìn)行了限制，同理當(dāng)測(cè)試的低頻信號(hào)噪聲干擾過(guò)多時(shí)，也可在差分探頭（5MHz）或示波器上開(kāi)啟帶寬限制。

2、采樣率：指每秒鐘可以采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，一般來(lái)說(shuō)，示波器的采樣率指標(biāo)都是指示波器工作時(shí)能夠達(dá)到的最高采樣率。

存儲(chǔ)深度=采樣率×采樣時(shí)間。是指示波器在屏幕上顯示一條波形時(shí)，其波形的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，我們看到的示波器屏幕上顯示的波形，是由很多采樣點(diǎn)組成的，所有采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，就是存儲(chǔ)深度。

存儲(chǔ)深度對(duì)測(cè)量會(huì)有什么影響？我們給示波器加上一個(gè)頻率為1KHz，幅值為2V的方波，用28M存儲(chǔ)深度的示波器，截取14S的信號(hào)，此時(shí)采樣率為2Msa/S放大2000倍，依然還是方波。

當(dāng)用28K存儲(chǔ)深度的示波器，截取14S的信號(hào)，此時(shí)采樣率為2Ksa/S，放大2000倍，得到的波形失真。

從這個(gè)例子總結(jié)可知：相同采樣時(shí)間，采樣率越大，示波器的存儲(chǔ)深度越大，保存的波形可以看到更多的細(xì)節(jié)。在測(cè)試時(shí)應(yīng)確保自己的采樣率足夠，避免采樣時(shí)間太長(zhǎng)而導(dǎo)致波形失真。一般示波器滾動(dòng)狀態(tài)下采集率最高可到達(dá)4MSa/s，觸發(fā)模式下可達(dá)到更高。

以金升陽(yáng)大功率機(jī)殼LMF1000-20Bxx產(chǎn)品應(yīng)力調(diào)試波形為例：

金升陽(yáng)研發(fā)調(diào)試及產(chǎn)品驗(yàn)測(cè)時(shí)通常采用的是4GSa/s高精度采集四通道示波器，真實(shí)展現(xiàn)產(chǎn)品高頻信號(hào)及瞬態(tài)工作數(shù)據(jù)，能夠全面地通過(guò)數(shù)據(jù)評(píng)估設(shè)計(jì)的可靠性。

二、示波器使用的注意事項(xiàng)

1、示波器接入新的無(wú)源探頭或插拔探頭使用，必須校準(zhǔn)，否則測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)（紋波測(cè)試結(jié)果誤差10mV以上），測(cè)量時(shí)需盡量使探頭地線(xiàn)短，探頭補(bǔ)償步驟如下：

①把探頭連接到一條垂直通道，隨后把探頭連接到示波器方波參考信號(hào)上；

②觀察方波參考信號(hào)，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容。調(diào)節(jié)方式可見(jiàn)下圖

2、示波器與探頭需阻抗匹配。一般通用示波器在輸入端有1MΩ（一般電路）和50Ω（高速電路）的可切換匹配電阻，與探頭正確的匹配以減少被測(cè)電路的負(fù)載效應(yīng)影響。

3、示波器電源線(xiàn)接地時(shí)，需避免使用普通探頭與由電力系統(tǒng)供電的產(chǎn)品直接相連，請(qǐng)使用差分探頭測(cè)試或使用隔離變壓給示波器供電，或者采用浮地測(cè)量（無(wú)地線(xiàn)電源線(xiàn)連接示波器），避免地線(xiàn)雜訊干擾到真實(shí)數(shù)據(jù)（無(wú)源探頭的負(fù)端地與示波器的電源PE是相通的）。具體對(duì)比可參考下圖：

4、EMC測(cè)試勿使用無(wú)源探頭，需全部使用差分測(cè)量，以免示波器接地時(shí)測(cè)試產(chǎn)品PE浪涌引入浪涌信號(hào)到示波器導(dǎo)致示波器損壞或被測(cè)產(chǎn)品輸出掉電（測(cè)試結(jié)果異常），浪涌測(cè)試儀供電線(xiàn)與示波器電源均接市電。

三、小結(jié)

金升陽(yáng)在電源領(lǐng)域深耕二十余年，工程師秉承著嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度，嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試守則，提供準(zhǔn)確、真實(shí)的產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化客戶(hù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和測(cè)試周期，綜合提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，致力為各行業(yè)提供電源。