jintiandedianyuanshejirenyuanheceshigongchengshidouzainulixunzhaofeichangxiaodejianjingailiangfangan，laitigaogonglvzhuanhuanxiaolv，huojiangdishejizhongdesunhao。zheyaoqiunenggouzhunquepingguheceliangfeichangxiaodexingnengtigao。

 

幾乎在功率轉換器的每個部分都存在損耗源，關鍵區域通常包括開關半導體、cixingyuanjianhezhengliuqi。jishixingnengzhigaijinlejigebaifendian
，shenzhishibudaobaifenzhiyi

，kenengyehuijuyouzhongdadeyiyi。erweilezhunquepingguheceliangzhemexiaodexingnengtigao，yichangzhunquedeceliangzhiguanzhongyao。

 

大多數示波器都帶有10X衰減無源探頭
，因為這種探頭適合在各種各樣的應用中進行測量。這些探頭的額定帶寬一般為DC ~ 500 MHz
，一(yi)般(ban)能(neng)夠(gou)測(ce)量(liang)高(gao)達(da)幾(ji)百(bai)伏(fu)的(de)電(dian)壓(ya)。當(dang)然(ran)使(shi)用(yong)通(tong)用(yong)探(tan)頭(tou)進(jin)行(xing)功(gong)率(lv)測(ce)量(liang)也(ye)是(shi)可(ke)以(yi)的(de)，但(dan)與(yu)這(zhe)些(xie)專(zhuan)為(wei)功(gong)率(lv)應(ying)用(yong)設(she)計(ji)的(de)探(tan)頭(tou)相(xiang)比(bi)

，其(qi)不(bu)可(ke)能(neng)提(ti)供(gong)所(suo)需(xu)的(de)精(jing)度(du)，來(lai)推(tui)動(dong)改(gai)善(shan)功(gong)率(lv)轉(zhuan)換(huan)性(xing)能(neng)。

 

 

我們看一下通用探頭存在短板的實例。在電源設計和測量中，一個常見的挑戰是把噪聲與紋波電壓隔開。在本例中，我們要使用通用10X探頭探測3.3 V電源。問題在於
， 10Xtantoumeiyoutigongzugoudelingmindu，chufaboxingzhongcunzaidezhouqizaosheng。zhexietantoufeichangshihexuduotongyongdianziceliang，yinweitamentigaoleshiboqidedianyafanwei
，tigonglexiangduijiaogaodedaikuan。

 

然而，為了測量幾十毫伏的小信號， 1:1 (1X)探tan頭tou會hui是shi更geng好hao的de選xuan擇ze，因yin為wei它ta導dao致zhi的de信xin號hao衰shuai減jian不bu大da，不bu會hui把ba信xin號hao向xiang下xia推tui進jin到dao示shi波bo器qi的de噪zao底di。遺yi憾han的de是shi，這zhe種zhong靈ling敏min度du優you勢shi被bei它ta的de帶dai寬kuan劣lie勢shi抵di消xiao了le，其qi帶dai寬kuan通tong常chang隻zhi有you15 MHz左右。如果這種帶寬對測量不夠
，那麼最好使用無源2X探頭。

 

事實證明，在這種應用中
，2X探頭是正確的選擇。看一下圖1中的波形。黃色軌跡是10X探頭，它調整到每格10 mV的最低垂直設置


；藍色波形是2X探頭。可以把2X探頭調節到每格2 mV的最低垂直設置。由於電源輸出會產生3 mV紋波的信號，因此很明顯，10X衰減的探頭不太適合這種測量。

 

圖1：使用2X探頭(藍色軌跡)和10X探頭(黃色軌跡)測量3.3 V電源。

 

 

上麵討論的紋波測量，隻是電源設計和調試中能夠安全高效地使用單端（參考地電平）探頭的諸多應用中的一種。但許多功能轉換測量要在浮動環境中完成，這些應用中是不能參考地電平的。

 

圖2指明了沒有綁到接地，要求差分測量技術的多種常見的功率轉換測量：

 

 

圖2：推/拉功率轉換器上的部分差分測量點。

 

可以通過多種方式執行差分測量，包括：

 

 

 

一種常用技術是使用兩隻單端探頭
，每隻探頭的地線接地

，並在被測元件的兩側尖端，如圖3所示。然後把示波器設置成顯示通道1和通道2之差。這有時稱為 “A-B”
，它(ta)使(shi)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)中(zhong)的(de)數(shu)學(xue)運(yun)算(suan)來(lai)顯(xian)示(shi)兩(liang)條(tiao)通(tong)道(dao)的(de)電(dian)壓(ya)差(cha)。在(zai)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)差(cha)分(fen)測(ce)量(liang)
，但(dan)沒(mei)有(you)合(he)適(shi)的(de)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)時(shi)，工(gong)程(cheng)師(shi)有(you)時(shi)會(hui)使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)。

 

圖3：使用兩隻單端探頭進行準差分測量。

 

這種方法有幾個問題。隻有在探頭和示波器通道非常匹配時（包括增益、偏置
、延遲和頻響），這種方法才會得到很好的測量結果。該方法不能提供非常好的共模抑製（清除兩個輸入共有信號的任何AC部分或DC部分）。此外
，如果兩個信號沒有正確定標，可能會出現示波器輸入過載的情況，得到錯誤測量結果。

 

 

我們也可以使用“浮動”示(shi)波(bo)器(qi)。這(zhe)些(xie)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)每(mei)條(tiao)輸(shu)入(ru)通(tong)道(dao)在(zai)電(dian)氣(qi)上(shang)與(yu)機(ji)箱(xiang)接(jie)地(di)隔(ge)離(li)，然(ran)後(hou)示(shi)波(bo)器(qi)使(shi)用(yong)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)。示(shi)波(bo)器(qi)機(ji)箱(xiang)到(dao)接(jie)地(di)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)也(ye)非(fei)常(chang)低(di)。浮(fu)動(dong)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)這(zhe)些(xie)隔(ge)離(li)特(te)點(dian)
，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)一(yi)隻(zhi)絕(jue)緣(yuan)的(de)無(wu)源(yuan)探(tan)頭(tou)來(lai)進(jin)行(xing)差(cha)分(fen)測(ce)量(liang)。這(zhe)些(xie)儀(yi)器(qi)非(fei)常(chang)方(fang)便(bian)，使(shi)用(yong)簡(jian)便(bian)

，效(xiao)果(guo)好(hao)。但(dan)是(shi)，差(cha)分(fen)電(dian)壓(ya)探(tan)頭(tou)的(de)電(dian)容(rong)較(jiao)低(di)，要(yao)求(qiu)高(gao)度(du)平(ping)衡(heng)。

 

 

為(wei)獲(huo)得(de)最(zui)好(hao)的(de)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)，使(shi)用(yong)技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)與(yu)測(ce)量(liang)任(ren)務(wu)相(xiang)匹(pi)配(pei)的(de)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)通(tong)常(chang)是(shi)最(zui)佳(jia)的(de)選(xuan)擇(ze)。差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)是(shi)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)。它(ta)們(men)在(zai)探(tan)頭(tou)尖(jian)端(duan)有(you)一(yi)個(ge)專(zhuan)門(men)設(she)計(ji)的(de)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)，隻(zhi)測(ce)量(liang)經(jing)過(guo)兩(liang)個(ge)測(ce)試(shi)點(dian)的(de)電(dian)壓(ya)，而(er)不(bu)管(guan)任(ren)一(yi)測(ce)試(shi)點(dian)和(he)接(jie)地(di)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)位(wei)是(shi)多(duo)少(shao)，這(zhe)就(jiu)大(da)大(da)簡(jian)化(hua)了(le)探(tan)測(ce)任(ren)務(wu)，消(xiao)除(chu)了(le)某(mou)些(xie)可(ke)能(neng)的(de)誤(wu)差(cha)來(lai)源(yuan)。另(ling)外(wai)，由(you)於(yu)它(ta)們(men)隻(zhi)測(ce)量(liang)差(cha)分(fen)電(dian)壓(ya)，因(yin)此(ci)它(ta)們(men)還(hai)可(ke)以(yi)忽(hu)略(lve)並(bing)清(qing)除(chu)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)的(de)共(gong)模(mo)AC擺幅或DC偏置電壓。

 

由於被測器件(DUT)不同部分的測量可能有著完全不同的要求
，因此必須審慎地選擇探頭。在圖4所示的實例中，手邊的任務是測量被測電源MOSFET開關器件的開機損耗、關機損耗以及傳導損耗。圖4是帶有測量點TP1和TP2的MOSFET的簡化示意圖。

 

圖4：帶有多個測試點的MOSFET的簡化示意圖。

 

被測器件是一種“通用”電源，設計為從世界各國的AC線路（或“市電”）電壓供電。僅此一項，就給工程師的測試要求及測試設備提出了多項要求：

 

 

被測電源的開關速率為250 kHz。根據測量帶寬常用的5倍法則
，這相當於要求1.25 MHz的測量帶寬。但這是現實世界信號速度的簡化版，因為開關器件的實際上升時間預計會超過它一個量級。同樣，可能還要考察尖峰
、shuntaixinhaoheqitazaosheng。ruguoyaoceliangshangshengshijianweijishinamiaodexinhao，nametantoudeshangshengshijianyingzaijinamiao。weizaizhegeyingyongshilizhongzhunquedijinxingceliang
，celiangxitongdedaikuanyingzai350 MHz或更高。

 

 

xuanzezuihaodetantouyuyingyongguanximiqie，yincibixulejieyingyongdeceliangyaoqiu，quebaotantouyugongzuowanquanshiying。duixuduogonglvdianzicelianglaishuo
，chafentantoushiyigemingquedexuanze，tebieshimeiyoucankaodidianpingdeceliang。duicankaodidianpingdeceliang，danduantantoushiyigehenhaodexuanze
，danzhuyibuyaoshiyong10X探頭
，以免過度衰減小信號。對低壓信號
，如紋波，最好使用1X探頭或2X探頭。

 

作者Wilson Lee現任泰克科技公司高級市場經理。在加入泰克科技公司之前，Wilson擁有超過25年的專業經驗，先後擔任技術市場

、技術銷售主管等職位，如CTS電子元器件公司等製造商，以及Richardson RFPD和Premier Farnell等技術/增值分銷商。Wilson一直專注於RF/無線、工控電源
、工控自動化等細分市場內部的設計工作。Wilson從康奈爾大學獲得理學學士學位。While在從業期間先後居住在紐約
、芝加哥和亞洲

，目前常住美國俄勒岡州大波特蘭。

 

本文轉載自電子技術設計。