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高级测量技术－－接地线问题

高级测量技术－－接地线问题. 接地线问题的处理 示波器系统带宽一定高于探头尖所处理信号的高频含量 探测快速信号时探头接地线应该尽可能短 产品设计师应该注意产品可测性 利用 ECB- 探头尖适配器 或使用一根有源 FET 探头 高输入阻抗和极低的输入电容（经常不到 1pF ）. 典型的 ECB- 探头尖适配器. 通过一个 ECB- 探头尖适配器获得了阶跃 波形的 1ns 上升时间. 对于有源探头及无源探头，地线作用的例子。三个踪迹， a 图为使用 1/2 英寸， 6 英寸，及 12 英寸的无源探头接地线对波形的影响。 B 图为使用 FET 有源探头接地线对波形的影响，

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高级测量技术－－接地线问题

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Presentation Transcript

  1. 高级测量技术－－接地线问题 • 接地线问题的处理 • 示波器系统带宽一定高于探头尖所处理信号的高频含量 • 探测快速信号时探头接地线应该尽可能短 • 产品设计师应该注意产品可测性 • 利用ECB-探头尖适配器 • 或使用一根有源FET探头 • 高输入阻抗和极低的输入电容（经常不到1pF） 典型的ECB-探头尖适配器 通过一个ECB-探头尖适配器获得了阶跃 波形的1ns上升时间 对于有源探头及无源探头，地线作用的例子。三个踪迹，a图为使用1/2英寸，6英寸，及 12英寸的无源探头接地线对波形的影响。B图为使用FET有源探头接地线对波形的影响， 他们显示的是同一波形。

  2. 高级测量技术－－地回路噪声 • 地回路噪声注入 • 噪声注入进接地系统可能是由于在地回路系统中，在示波器公共点及测试电路电源地线及探头电缆线、地线之间存在不必要的电流流动。通常，这些点应当是零伏特电位，并且没有地电流流动。然而如果示波器和测试电路建立在不同建筑物地系统之上，就有可能有小的电压差，或者说在其中的一个建筑物地系统上有噪声。结果形成电压降，电流将通过探头地外部屏蔽流动。这一噪声电压将在探头尖与信号一起串联注入示波器。因此波形上会出现噪声，或者波形可能由于噪声产生阻尼振荡。随着地回路噪声的注入，噪声通常是交流电频率噪声（50Hz） • 解决办法 • 示波器及被测电路使用同一电源地从而使接地回路最小化 • 探头和电缆坚决远离串扰源，尤其不能允许探头电缆线越过或并排于电源电缆线 • 其它解决办法 • 使用地隔离监视器 • 在测试电路或示波器使用一个电源线隔离变压器 • 使用隔离放大器，将示波器探头与示波器隔离 • 使用差分探头做测量（抑制共模噪声） • 无论如何都不可破坏示波器三线的接地供电系统而隔离示波器或测试电路 两个不同的电源插座上的，对于示波器、探头、及测试电路的 全部的地电路或地回路

  3. 高级测量技术－－感应噪声 • 感应噪声 • 噪声直接地被感应进入探头地线 • 一般探头接地线看起来是一个单圈的天线 • 这条地线天线对于逻辑电路或快速变换信号，相当容易受到电磁干扰 • 探头地线放置于靠近被测试的电路板的某个区域，如：时钟，地线可能感应到信号 • 感应噪声与地回路噪声区别 • 四下移动探头接地线，噪声电平变化，就是感应噪声 • 探头与探头地线短接形成回路天线感应到强辐射噪声 • 解决办法 • 使地线远离所被测试板上的噪声源 • 使用更短的地线 探头接地线环路（探头尖短接地线夹钳）感应电路板 信号而产生噪声的例子

  4. 高级测量技术－－差分测量（1） • 所有的测量都是差分测量 • 在一个标准的信号测量中，探头接信号点，探头地线接电路地，这实际就是在测试点及地之间的差分测量 • 此时有两个信号线 • 地信号线 • 测试信号线 • 实际的差分测量 • 两个信号线 • 每一个都高于地电压 • 使用一种差分放大器 • 使两个信号线（双端信号源）能被以代数方式加总到接地参考的一条信号线中（单端信号），然后输入到示波器 • 可以是一种特殊的放大器 • 可以利用示波器进行数学运算 • 每个信号在单独的通道中测量，然后两个通道进行数学运算 • 任何方式，对共模信号的抑制是差分测量质量的关键问题 差分放大器具有两个信号线，它们差分输入以地为参考的 单端信号

  5. 高级测量技术－－差分测量（2） • 理解差模和共模信号 • 理想的差分放大器 • 仅放大差分信号VDM • 在它的两个输入之间完全抑制对输入的公共电压VCM • 输出电压 • V0=Av*(V+in-V-in） • Av=放大器增益 • V0=以地为参考的输出信号 • 差分信号被归于差分电压或差分模式信号，表示为VDM • VDM=V+in-V－in • 共模电压VCM并不是上面等式的一部分 • 理想差分放大器抑制所有共模成分 • 完全忽略它的振幅或频率 • 共模抑制比是描述对共模信号的抑制能力 • CMRR=ADM/ACM • 两种表示方法 • 如：10000：1 • dB=20 log( ADM/ACM )；10000：1=80dB • CMRR随VCM频率的增加而逐渐衰减 差分放大器用来测量上面逆变器推挽电路中晶体管 的控制极（栅极）到源极的电压。注意源极在测量 过程中有350V的改变 来自于具有10000：1 CMRR差分放大器的共模误差

  6. 减少差分测量的误差 高级测量技术－－差分测量（3） 方法二：将输入导线双绞到一起，回路的区域变得很小，因此 有更少的磁通通过它。任何感应的电压都趋于被差分放大器抑 制到VCM路径中 方法一：对适当的共模抑制的试验测量。两个输入由同 一点驱动。剩余的共模信号在输出出现。但这个测试不 能捕捉差分的源阻抗作用

  7. 高级测量技术－－安全准确地探测差分电压波形高级测量技术－－安全准确地探测差分电压波形 • 图中，在范围在几kHz 到几MHz 的时钟驱动下，金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)控制着电流。 • 然而MOSFET 没有连接到交流电源接地或电路输出接地上。因此，不可能使用示波器进行接地参考电压测量，因为把探头的地线连接到任何MOSFET端子上都会使通过示波器接地的电路短路。 • 如何有效的测量Vds，即MOSFET漏极和源极端子中的电压。（Vds可能位于几十伏到几百伏电压的顶部）？ • 浮动示波器的机箱接地。绝对不要采用这种方式，因为这种非常不安全，会给用户、被测设备和示波器带来危险。 • 使用传统无源单端探头，把地线相互连接起来，使用示波器的通道匹配功能。这种测量方式称为准差分测量。但是，无源探头与示波器的放大器结合使用时，不能提供充分阻塞任何共模电压的共模抑制比(CMRR)。尽管用户可能很想使用这种方法，因为可以使用已有的探头，但它并不能准确地测量电压。 • 使用真正差分探头。高压差分探头(如泰克P5205)可以准确安全地测量VDS。 TP1 门 漏极 源极 TP2 时钟 无源元件 有源元件 磁性元件 简化的开关电源视图

  8. 高级测量技术－－安全准确地探测“浮动”电压高级测量技术－－安全准确地探测“浮动”电压 分布电容和电感还可能带来原本没有的振铃！！！！ 危险！ 即便示波器处于“浮动”状态，寄生电容也会形成交流分压器从而增加测量的误差。注意：回动的探头引线会给栅极增加>100 pF 的电容，有可能破坏电路。将示波器的公共端接到逆变器上部的栅极可以使栅极驱动信号滞后，阻碍器件的关断并破坏输入桥。这种故障通常还会在工作台上出现小火花，很多功率电子器件的设计人员都可以作证。 示波器在没有接地的情况下，其电磁兼容特性降达不到设计要求，可能干扰待测电路或受到空间电磁波的干扰，影响测量结果！ 不可用剪断示波器接地线的方法进行差分测量！ 不可使用隔离变压器进行差分测量！

  9. 高级测量技术－－小信号测量 • 降低噪声 • 平均采集模式 • 计算用户指定的采集数的每个记录点的平均值。平均模式对每个单独的采集都使用取样模式。使用平均模式可以减少随机噪声。 • 高分辨率 • 计算每个采集间隔所有取样值的平均值。该模式也只能用于实时、非内插取样。高分辨率模式提供了较高分辨率、较低带宽的波形。 • 1X无源探头 • 必须为较高带宽及更低负载的探头 • 差分前置放大器 • 差分预放大通过共模抑制提供噪声抗扰性及放大小信号的优点，由此小信号将在示波器敏感范围内 • uV级的测量能力 • 在高噪声环境下也可应用 信号平均（b）可以净化具有噪声的信号（a）

  10. 正确的选择探头 • 选择依据 • 信号类型（电压、电流、光学等等） • 信号频率成分（带宽问题） • 信号上升时间 • 阻抗（R和C） • 信号振幅（最大或最小） • 测试点几何形状（引线的元件，表面贴装等等） 以待测信号类型为基础的各种探头类型

  11. P6139A 无源电压探头 带宽：500MHz 电缆长度：1.3米 衰减：10X 补偿电容范围：8-12pF 输入电容：8pF 输入电阻：10MΩ 输入电压：300VRMS CAT II 适用示波器：大部分泰克示波器标配探头 P6015A 无源高压探头 带宽：75MHz 电缆长度：3米或7.6米 衰减：1000X 补偿电容范围：7-49pF 输入电容：3pF 输入电阻：100MΩ 输入电压：20KV（DC）/40KV(峰值，100ms脉宽） 适用示波器：几乎所有示波器 泰克典型的无源探头 P6015A

  12. TAP1500 FET有源探头 带宽：1.5GHz 衰减：10X 上升时间：<267ps 输入电容：<1pF 输入阻抗：1MΩ 线性动态范围：+8V(16Vp-p） 输入直流偏置范围：+10V 最大输入电压：+15V（DC＋pkAC） TAP2500 FET有源探头 带宽：2.5GHz 衰减：10X 上升时间：<140ps 输入电容：<0.8pF 输入阻抗：40KΩ 线性动态范围：+4V(8Vp-p） 输入直流偏置范围：+10V 最大输入电压：+30V（DC＋pkAC） 泰克典型的有源探头 TAP2500 TAP1500 以上探头适用于所有泰克TekVPI接口的示波器

  13. TDP1000 有源差分探头 带宽：1GHz 衰减：5/50X 差分输入电容：<1pF 差分输入阻抗：1MΩ CMRR： >55dB 30 kHz >50dB 1 MHz >18dB 250 MHz 差分输入电压：+42V 共模输入电压：+35V P5210 高压差分探头 带宽：50MHz 衰减：100/1000X 差分输入电容：8pF 差分输入阻抗：8MΩ CMRR： 80dB 60Hz 50dB 1MHz 差分输入电压：5600V峰值 共模输入电压：2200V CAT II 泰克典型的差分探头 P5210 TDP0500/1000

  14. TekVPI 电流探头 TCP0030 和TCP0150 杰出的带宽(DC - 120 MHz)和宽动态范围(一毫安到几百安)。 分芯结构，可以更简便、更迅速地连接被测设备(DUT) 电流探头放大系统 TCPA300电流放大器配合TCP303/TCP305/TCP312以及独立的TCP202 变压器和霍尔效应技术增强了AC/DC 测量功能 从1毫安到几千安的宽动态电流范围 泰克典型的电流探头 TCPA300电流放大器系统 TCP0030/0150

  15. ADA400A 有源差分放大器 10uV/div灵敏度 100dB CMRR DC-10KHz典型值 0.01X衰减 目前市场上最好的小信号测试系统 P6516 数字逻辑探头 16条通道, 两组、每组8条通道 每组中第一条同轴电缆的颜色是蓝色，识别简便 探头电阻色标与波形通道颜色相对应 新型探头头部设计 标准推进式铲状连接，用于公共接地 3 pF负荷 泰克特殊探头 P6516

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