中心議題：

• 高壓測試中使用不同示波器測試結果不一樣

解決方案：

• 最小化量化誤差
• 謹慎處理示波器接地
• 幅頻特性曲線平坦度問題

對於電源客戶而言，MOSFET的電壓應力測試是一項關鍵指標，它決定了電路的調試，電源的使用壽命
，MOSFET器件的選型等。而在電源測試中，我們常常遇到這樣一個現象：測試高壓時不同品牌的示波器測試的結果差別很大。例如測試大約450V的MOSFET的Vds電壓，三台示波器的最大差別有50V左右；同一品牌不同型號的示波器差別也很大；同tong樣yang的de示shi波bo器qi不bu同tong探tan頭tou測ce量liang結jie果guo有you時shi差cha別bie也ye很hen大da。所suo以yi在zai寫xie測ce試shi報bao告gao時shi要yao標biao明ming是shi用yong什shen麼me型xing號hao的de示shi波bo器qi和he什shen麼me序xu列lie號hao的de探tan頭tou測ce試shi出chu來lai的de結jie果guo。但dan很hen多duo電dian源yuan工gong程cheng師shi並bing不bu理li解jie這zhe個ge問wen題ti的de理li論lun根gen源yuan，本ben文wen將jiang進jin行xing討tao論lun。

高壓“測不準”的原因其實很簡單，有四個因素：
第一是示波器的量化誤差問題；
第二是示波器的幅頻特性曲線的平坦度問題；
第三是環境噪聲的幹擾問題
；
第四是探頭的共模抑製比和快恢複特性問題。

1.量化誤差的概念
示波器的A/D隻有8位

，也就是說對於任何一個電壓值都隻有256個0和1來重組。如果包括+/-符號位,示波器的數字量程是-128~+127。圖一清楚地顯示了這種數字化采樣的原理。示波器的屏幕最頂部代表的是+127,中間代表的是0
，最底部代表的是-128。這種原理就產生了使用示波器的第一原則：zuixiaohualianghuawucha。zhegeyuanzegaosulewomenshiyongshiboqideyigechangshi，weihuodezuijiejinyuzhenshizhidedianyazhi，yingshichuizhifenbianlvjinkenengdixiao，shixianshideboxingjinliangzhanmanshiboqidepingmu。
圖二分別表示在1V/div和200mv/div的時候測試相同的信號的效果。在1V/div的時候，示波器的最小量化誤差是（1V*8）/256=31.25mv，這意味著小於31.25mV的信號是無法準確測量出來的。而對於高壓測量，假設量程是100V/div,示波器的量化誤差是800V/256=3.125V，這意味著小於3.125V的信號是無法準確測量出來的。
有一個更令人印象深刻的例子來說明量化誤差：將探頭的地和信號針直接相連懸在空中，比較量程為20mV/div和100V/div時的pk-pk值
，其差異是多大？幾十伏的差異！！您現在就可以做這個實驗。這表示在100V/div時測試出來的20V的信號，實際上隻有不到20mV！所以對於測量800V的高壓，20V的誤差是非常非常正常的！50V也是非常正常的！[page]2.幅頻特性曲線平坦度問題
就示波器的行業標準而言,示波器幅頻曲線距離理想響應的偏差允許達到+/-2dB，這對有些精確度要求很高的測量似乎是很不能接受的誤差範圍。因此,示波器並沒有在測量界定義為計量的工具，它隻能說是調試的工具或測試的工具。

此ci外wai，不bu同tong型xing號hao的de示shi波bo器qi，不bu同tong品pin牌pai的de示shi波bo器qi
，其qi前qian端duan放fang大da器qi的de響xiang應ying曲qu線xian也ye是shi有you差cha別bie的de


，有you的de是shi高gao斯si響xiang應ying，有you的de是shi矩ju形xing響xiang應ying，有you的de是shi四si階jie貝bei塞sai爾er響xiang應ying。對dui於yu輸shu入ru相xiang同tong頻pin率lv的de信xin號hao，不bu同tong示shi波bo器qi的de垂chui直zhi參can數shu的de測ce量liang結jie果guo肯ken定ding是shi不bu一yi致zhi的de，不bu同tong垂chui直zhi通tong道dao設she置zhi下xia的de測ce量liang結jie果guo也ye應ying是shi不bu一yi致zhi的de。

我們從儀器校準專業了解到
，示波器在校準時，一般會把平坦度校準到+/-1.5%以內，這是比較嚴格的標準。這意味著

，對於理想中的1V的正弦信號，測試的結果偏差15mv是很正常的。圖三表示理想響應和實際的示波器響應之間的偏差。
圖四顯示的是我們6GHz的幅頻特性曲線。可以看出其最大偏差遠小於+/-2dB。shiboqishiyongyiduanshijianhoupingtanduhuiyouxiegaibianxuyaosongxiaozhunjigoujinxingxiaozhun。dantongchanghenduodisanfangjigouzhinengpanduanchufupinquxianshifouhege，danbingbunengjiangpingtanduxiaozhundaochangjianengxiaozhundaodeshuiping。yinci
，xianzaichangyouxiekehuyaoqiushiboqiyuanchangtigongxiaozhunfuwu。ruguobijiaolianggebutongpinpaixiangtongdaikuandefupintexing，duiyutongyigepinlvdianqifuzhibukenengshixiangdengde。
3.環境噪聲的幹擾問題
幹gan擾rao的de傳chuan播bo有you兩liang個ge來lai源yuan，一yi個ge是shi傳chuan導dao，一yi個ge是shi輻fu射she。前qian者zhe指zhi幹gan擾rao沿yan著zhe導dao線xian介jie質zhi來lai傳chuan播bo，後hou者zhe是shi指zhi通tong過guo空kong中zhong的de電dian磁ci場chang的de耦ou合he。這zhe兩liang個ge因yin素su都dou會hui影ying響xiang測ce試shi結jie果guo。

地(di)環(huan)路(lu)常(chang)是(shi)傳(chuan)導(dao)的(de)介(jie)質(zhi)。電(dian)流(liu)采(cai)樣(yang)的(de)難(nan)點(dian)也(ye)是(shi)和(he)接(jie)地(di)有(you)關(guan)的(de)，因(yin)為(wei)通(tong)過(guo)小(xiao)電(dian)阻(zu)來(lai)采(cai)樣(yang)電(dian)流(liu)後(hou)得(de)到(dao)的(de)電(dian)壓(ya)非(fei)常(chang)小(xiao)，在(zai)強(qiang)電(dian)環(huan)境(jing)中(zhong)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)幹(gan)擾(rao)，特(te)別(bie)是(shi)地(di)帶(dai)來(lai)的(de)幹(gan)擾(rao)給(gei)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)的(de)設(she)計(ji)帶(dai)來(lai)難(nan)題(ti)。“地”的問題是更複雜的話題，下麵將舉例說明。

專業的工業廠房的“大地”有很專業的接地措施。“大地”可以比成波瀾不驚的大海

，而每一個和大地連接的電子設備的“地”就如流向這大海的無數條河流。每個電子設備在工作的時候就會使河流入海口的地方的海水變“混濁”，如(ru)果(guo)在(zai)這(zhe)附(fu)近(jin)有(you)另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)也(ye)在(zai)工(gong)作(zuo)
，這(zhe)條(tiao)河(he)流(liu)變(bian)混(hun)濁(zhuo)的(de)海(hai)水(shui)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)河(he)流(liu)，這(zhe)時(shi)候(hou)另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)設(she)備(bei)甚(shen)至(zhi)可(ke)能(neng)不(bu)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。這(zhe)種(zhong)相(xiang)互(hu)混(hun)濁(zhuo)的(de)過(guo)程(cheng)帶(dai)來(lai)了(le)一(yi)門(men)科(ke)學(xue)，就(jiu)是(shi)EMC。功率越大，對地的幹擾越大。

我們必須深刻認識到地之間的相互幹擾是必須要嚴肅對待的問題。在示波器的測量中，我們強調一定要三相供電，將示波器的地接到“幹淨的”地上。但實際的測量環境中，幹淨的地很難找到，這時候測量結果就要考慮到地環路的影響。 有(you)些(xie)工(gong)程(cheng)師(shi)將(jiang)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)按(an)地(di)插(cha)頭(tou)去(qu)掉(diao)，用(yong)兩(liang)相(xiang)電(dian)源(yuan)線(xian)給(gei)示(shi)波(bo)器(qi)供(gong)電(dian)，試(shi)圖(tu)通(tong)過(guo)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)來(lai)避(bi)免(mian)環(huan)境(jing)地(di)的(de)幹(gan)擾(rao)以(yi)及(ji)解(jie)決(jue)懸(xuan)浮(fu)的(de)高(gao)壓(ya)測(ce)試(shi)問(wen)題(ti)。這(zhe)種(zhong)浮(fu)地(di)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)儀(yi)器(qi)廠(chang)家(jia)強(qiang)烈(lie)反(fan)對(dui)的(de)做(zuo)法(fa)，它(ta)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)示(shi)波(bo)器(qi)損(sun)壞(huai)
，DUT損sun壞huai，還hai有you可ke能neng帶dai來lai人ren身shen安an全quan問wen題ti
，而er且qie更geng重zhong要yao的de是shi
，會hui導dao致zhi測ce試shi波bo形xing的de嚴yan重zhong失shi真zhen。以yi示shi波bo器qi的de機ji殼ke作zuo為wei參can考kao點dian的de測ce量liang能neng準zhun確que嗎ma？一yi定ding要yao讓rang示shi波bo器qi的de地di牢lao固gu地di接jie到dao幹gan淨jing的de地di上shang，而er地di不bu幹gan淨jing的de時shi候hou要yao想xiang法fa設she法fa找zhao到dao幹gan淨jing的de地di接jie到dao示shi波bo器qi的de地di。地di是shi探tan頭tou取qu樣yang的de參can考kao點dian
，必bi須xu是shi幹gan淨jing的de才cai能neng得de到dao最zui準zhun確que的de測ce量liang結jie果guo。

還有輻射。這是一個處處充滿輻射的世界。輻射對測量的影響的故事也很多很多。對於一個48V/50A的通信電源
，業界要求輸出電壓的紋波峰峰值是100mV以(yi)內(nei)
，這(zhe)個(ge)指(zhi)標(biao)是(shi)指(zhi)將(jiang)電(dian)源(yuan)蓋(gai)上(shang)機(ji)殼(ke)後(hou)的(de)指(zhi)標(biao)。蓋(gai)機(ji)殼(ke)是(shi)最(zui)後(hou)做(zuo)的(de)事(shi)情(qing)，做(zuo)一(yi)個(ge)項(xiang)目(mu)先(xian)設(she)計(ji)出(chu)單(dan)板(ban)
，連(lian)機(ji)殼(ke)是(shi)什(shen)麼(me)樣(yang)都(dou)不(bu)知(zhi)道(dao)。這(zhe)時(shi)候(hou)我(wo)們(men)在(zai)測(ce)試(shi)中(zhong)需(xu)要(yao)將(jiang)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)帶(dai)寬(kuan)限(xian)製(zhi)為(wei)20M。在不蓋機殼測試為200mV的時候，經驗告訴我們這樣已經OK了
，結果果真！EMC似乎是關於經驗的學問。

單dan端duan探tan頭tou的de線xian差cha不bu多duo都dou有you一yi米mi長chang，我wo們men將jiang這zhe些xie線xian懸xuan在zai空kong中zhong和he將jiang這zhe線xian盡jin可ke能neng地di縮suo短duan然ran後hou用yong手shou握wo住zhu，測ce試shi結jie果guo會hui有you多duo大da差cha別bie
？這zhe又you是shi經jing驗yan。在zai將jiang負fu載zai增zeng加jia的de過guo程cheng中zhong，為wei了le能neng從cong示shi波bo器qi中zhong看kan出chu信xin號hao的de端duan倪ni，工gong程cheng師shi不bu得de不bu不bu斷duan地di折zhe騰teng探tan頭tou的de線xian，一yi會hui鬆song開kai線xian看kan看kan波bo形xing，一yi會hui又you將jiang線xian裹guo在zai一yi起qi握wo住zhu看kan看kan波bo形xing。這zhe種zhong痛tong苦ku對dui於yu弱ruo電dian的de研yan發fa是shi感gan受shou沒mei有you那na麼me強qiang烈lie的de。

有you時shi侯hou有you些xie工gong程cheng師shi為wei了le省sheng事shi，同tong時shi用yong多duo個ge通tong道dao時shi，隻zhi將jiang一yi個ge探tan頭tou的de地di線xian接jie上shang，這zhe無wu疑yi為wei對dui測ce量liang結jie果guo影ying響xiang很hen大da。探tan頭tou的de地di線xian越yue短duan越yue好hao
，地di線xian和he信xin號hao線xian之zhi間jian的de環huan路lu麵mian積ji越yue大da，輻fu射she帶dai來lai的de影ying響xiang越yue大da。這zhe在zai霍huo華hua德de那na本ben經jing典dian書shu中zhong一yi開kai始shi就jiu有you談tan到dao。

有(you)時(shi)候(hou)探(tan)頭(tou)的(de)地(di)線(xian)被(bei)磨(mo)損(sun)了(le)
，測(ce)試(shi)的(de)波(bo)形(xing)看(kan)起(qi)來(lai)是(shi)一(yi)條(tiao)直(zhi)流(liu)信(xin)號(hao)上(shang)有(you)很(hen)多(duo)細(xi)小(xiao)的(de)毛(mao)刺(ci)。沒(mei)有(you)很(hen)好(hao)屏(ping)幕(mu)效(xiao)果(guo)的(de)地(di)線(xian)也(ye)會(hui)極(ji)大(da)地(di)增(zeng)加(jia)輻(fu)射(she)的(de)幹(gan)擾(rao)，在(zai)高(gao)壓(ya)測(ce)試(shi)中(zhong)很(hen)輕(qing)鬆(song)地(di)帶(dai)來(lai) 100V以上的誤差。

在用高壓差分探頭測試時
，需要將兩條線絞在一起而不要讓它們自由地散開。這是常識，但很多工程師都沒有意識到。

有you一yi次ci，一yi個ge工gong程cheng師shi投tou訴su說shuo
，用yong我wo們men兩liang個ge相xiang同tong型xing號hao的de探tan頭tou測ce試shi同tong一yi個ge被bei測ce點dian
，交jiao換huan通tong道dao後hou幅fu值zhi差cha別bie很hen大da。後hou來lai查zha了le半ban天tian，發fa現xian本ben質zhi原yuan因yin不bu是shi交jiao換huan通tong道dao，而er是shi和he兩liang個ge探tan頭tou的de線xian的de擺bai法fa有you關guan。兩liang根gen線xian的de位wei置zhi不bu一yi樣yang測ce試shi的de結jie果guo就jiu不bu一yi樣yang。

所以
，我們在看到一個現象的時候總要去反複做一些交叉實驗，對比測試後才能找出現象後麵的原因，最終解決問題或得出結論。

傳導和輻射
，我們在測試的時候總要考慮到這兩點對測試結果的影響。[page]4.探頭的共模抑製比和快恢複特性問題
我們關注的信號總是兩個信號相減的結果。對於單端信號，是被測點的電位和地相減
；對(dui)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)，是(shi)兩(liang)個(ge)相(xiang)對(dui)地(di)的(de)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)之(zhi)減(jian)。我(wo)們(men)希(xi)望(wang)示(shi)波(bo)器(qi)測(ce)試(shi)到(dao)的(de)信(xin)號(hao)是(shi)探(tan)頭(tou)的(de)減(jian)法(fa)效(xiao)應(ying)之(zhi)後(hou)沒(mei)有(you)引(yin)進(jin)對(dui)地(di)的(de)共(gong)模(mo)噪(zao)音(yin)。這(zhe)在(zai)實(shi)際(ji)中(zhong)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)。因(yin)此(ci)，探(tan)頭(tou)的(de)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)越(yue)大(da)，測(ce)試(shi)出(chu)來(lai)的(de)結(jie)果(guo)越(yue)準(zhun)確(que)。不(bu)同(tong)的(de)探(tan)頭(tou)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)不(bu)一(yi)樣(yang)。單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)的(de)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)很(hen)低(di)，隻(zhi)有(you)幾(ji)千(qian)分(fen)之(zhi)一(yi)，而(er)普(pu)通(tong)的(de)高(gao)壓(ya)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)
，如(ru)力(li)科(ke)的(de)ADP305
，Tek公司的P52XX等共模抑製比為一萬分之一。這在高壓測試中是不夠的。如在測試全橋或半橋電路的上半橋Vds電壓時，MOSFET關斷時的Vds電壓為400V以上，在MOSFET導通時的Vds電壓隻有100mV
，我們需要在示波器中清晰地看到100mV
，這意味著示波器和探頭構成的測試係統能夠從400V電壓中拾取100mV的小信號，這需要探頭具有10萬分之一的共模抑製比。例如力科的差分放大器DA1855A就能做到這樣高的共模抑製比。

此外
，還有很重要的一點是，對於Vds電壓測試，由於從400V電壓跳變到100mV的電壓是瞬間的突變
，如果探頭沒有很好的快過驅動恢複能力
，會導致示波器過驅動，測試出來的結果也是不準確的。MOSFET導通時的100mV的電壓測試出來的結果可能為負的十幾伏。大家可以立即去確認下這一點：在50V/div的量程下看到導通時的波形是一條零線，但將量程調節到100mV/div的時候，就看到零線變成了負線，有的時候還會看到這負線不是恒定的
，而是上下跳動著的。力科的差分放大器DA1855A就提供了很好的過驅動恢複能力，使得能準確測試出MOSFET在導通時的低電壓，從而測試出來的Vds電壓值才是最準確的。這就好比一個人騎著一輛自行車從60度的陡坡衝下來
，如果這自行車沒有很好的刹車係統，它是無法停留在它本來應停留的位置
，總會衝得更遠。

圖五所示為差分放大器DA1855A的工作原理和外觀圖。

綜zong上shang所suo述shu
，我wo們men知zhi道dao，測ce量liang是shi科ke學xue
，也ye是shi一yi門men藝yi術shu。既ji需xu要yao理li論lun的de指zhi導dao
，也ye需xu要yao實shi踐jian經jing驗yan的de總zong結jie。總zong結jie了le經jing驗yan之zhi後hou，我wo們men需xu要yao對dui測ce試shi規gui範fan做zuo更geng細xi致zhi的de描miao述shu

，對dui於yu有you些xie測ce試shi指zhi標biao應ying重zhong新xin審shen視shi一yi下xia是shi否fou合he理li
，對dui於yu有you些xie測ce試shi指zhi標biao要yao詳xiang細xi定ding義yi測ce試shi的de環huan境jing和he示shi波bo器qi的de設she置zhi等deng。對dui於yu電dian源yuan的deVds電壓，超過450伏就超標了，這個問題困擾了太多的工程師了。我們該如何重新定義這個指標？可能需要更加高端的儀器才能做到。