應(yīng)用指南
介紹電源測(cè)量
使用4000系列數(shù)字熒光示波器
引言
在過去一個(gè)世紀(jì)中，對(duì)電能的需求正以指數(shù)級(jí)提高。這使人們更加看重日常電子設(shè)備及高級(jí)電子和通信系統(tǒng)
中使用的電源的性能和效率。電源是把電能從一臺(tái)設(shè)備轉(zhuǎn)換到另一臺(tái)設(shè)備的元件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)。從個(gè)人電
腦到工業(yè)機(jī)械，電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)離不開電源的性能和可靠性。
電源分成許多不同的類型和規(guī)格，包括傳統(tǒng)線性電源到 此外，必須檢定電源的功率電平、輸出純度和到電源線
高效的開關(guān)電源。所有這些電源都面臨著復(fù)雜的動(dòng)態(tài)工 的諧波反饋，以滿足國(guó)家和地區(qū)電源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。從歷史
作環(huán)境。設(shè)備負(fù)載和需求在不同時(shí)間之間可能會(huì)大幅度 上看，這些測(cè)量類型意味著使用數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行靜態(tài)電
變化。即使是“日常的”開關(guān)電源也必須能夠承受突然 流和電壓測(cè)量，然后在計(jì)算器或PC上進(jìn)行麻煩的計(jì)算。
出現(xiàn)的遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平均工作電流的峰值電流。 今天，大多數(shù)工程師正轉(zhuǎn)向示波器，作為首選的電源測(cè)
量平臺(tái)。本應(yīng)用指南將重點(diǎn)介紹怎樣使用示波器進(jìn)行基
本電源測(cè)量。
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準(zhǔn)備電源測(cè)量 安全準(zhǔn)確地探測(cè)電壓波形和電流波形
對(duì)習(xí)慣使用示波器進(jìn)行高帶寬測(cè)量的工程師來(lái)說(shuō)，電源 在使用數(shù)字示波器進(jìn)行電源測(cè)量時(shí)，必需測(cè)量設(shè)備中的
測(cè)量頻率相對(duì)較低，似乎非常簡(jiǎn)單。事實(shí)上，電源測(cè)量 電壓及電流。這一任務(wù)要求使用兩只不同的探頭：一只
也有很多高速電路設(shè)計(jì)人員從未見過的一系列挑戰(zhàn)。經(jīng) 電壓探頭 (通常是高壓差分探頭)，一只電流探頭。圖1
過開關(guān)設(shè)備的電壓可能會(huì)非常大，而且是“浮動(dòng)的”，即 顯示了開關(guān)式電源 (SMPS)中的典型測(cè)量方案。在范圍
沒有參考接地。信號(hào)的脈寬、周期、頻率和占空比會(huì)變 在幾kHz到幾MHz的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下，金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)
化，必須如實(shí)地捕獲波形，分析其不理想特點(diǎn)。 晶體管(MOSFET)控制著電流。
對(duì)示波器的要求非常苛刻。當(dāng)然，示波器必須有基本帶 測(cè)量經(jīng)過MOSFET的電流相對(duì)簡(jiǎn)單，可以使用許多不
寬和采樣率，處理SMPS內(nèi)部的開關(guān)頻率。電源測(cè)量要 同的泰克霍爾效應(yīng)電流探頭完成，如TCP0030。而測(cè)
求至少兩條通道，一條用于電壓測(cè)量，一條用于電流測(cè) 量電壓則會(huì)面臨更多的問題。MOSFET沒有連接到交
量。提高電源測(cè)量簡(jiǎn)便程度和可靠性的工具也同樣非常 流電源接地或電路輸出接地上。因此，不可能使用示波
重要。下面是部分考慮因素： 器進(jìn)行接地參考電壓測(cè)量，因?yàn)榘烟筋^的地線連接到任
何MOSFET端子上都會(huì)使通過示波器接地的電路短路。
是否提供安全精確的電壓和電流探測(cè)解決方案？
是否有一種快速方式，調(diào)節(jié)探頭的不同延遲？
進(jìn)行差分測(cè)量是測(cè)量MOSFET電壓的最佳方式。在差
分測(cè)量中，可以測(cè)量漏極到源極電壓(VDS)，即
是否有使探頭偏置達(dá)到最小的有效流程？
MOSFET漏極和源極端子中的電壓。VDS可以位于幾
儀器能否配備充足的記錄長(zhǎng)度，以高分辨率捕獲很長(zhǎng)
十伏到幾百伏電壓的頂部，具體視電源的范圍而定。
的工頻波形？
這些特點(diǎn)為有效執(zhí)行電源設(shè)計(jì)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。
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使用商用探頭隔離器，隔
離示波器的機(jī)箱接地。
探頭的地線不再位于接
地電位，可以把探頭直
接連接到測(cè)試點(diǎn)上。探
頭隔離器是一種有效的
TP1
解決方案，但它成本高，
門 漏極
通常是差分探頭的2-5
源極 倍。
TP2
使用真正差分探頭。高壓
差分探頭(如泰克P5205)
時(shí)鐘
可以準(zhǔn)確安全地測(cè)量
無(wú)源元件
VDS。
有源元件
磁性元件
圖1. 簡(jiǎn)化的開關(guān)式電源視圖
可以通過多種方法測(cè)量VDS： 消除電壓探頭和電流探頭之間的時(shí)滯
每只電壓探頭和電流探頭都有自己的特性傳播延遲。電
浮動(dòng)示波器的機(jī)箱接地。絕對(duì)不要采用這種方式，因
流探頭和電壓探頭之間的延遲差稱為時(shí)滯，會(huì)導(dǎo)致幅度
為這種非常不安全，會(huì)給用戶、被測(cè)設(shè)備和示波器帶
和定時(shí)測(cè)量不準(zhǔn)確。
來(lái)危險(xiǎn)。
必需了解探頭的傳播延遲對(duì)最大峰值功率和面積測(cè)量的
使用傳統(tǒng)無(wú)源單端探頭，把地線相互連接起來(lái)，使用
影響，因?yàn)楣β适请妷汉碗娏鞯某朔e。如果兩個(gè)相乘的
示波器的通道匹配功能。這種測(cè)量方式稱為準(zhǔn)差分
變量沒有完美對(duì)準(zhǔn)，那么會(huì)得到不正確的結(jié)果。在探頭
測(cè)量。但是，無(wú)源探頭與示波器的放大器結(jié)合使用
沒有正確“校正時(shí)滯”時(shí)，測(cè)量精度會(huì)下降，如開關(guān)損
時(shí)，不能提供充分阻塞任何共模電壓的共模抑制比
耗。
(CMRR)。盡管用戶可能很想使用這種方法，因?yàn)榭?br/>以使用已有的探頭，但它并不能準(zhǔn)確地測(cè)量電壓。
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時(shí)鐘
圖2. 傳播延遲差(時(shí)滯)對(duì)電源測(cè)量的影響
圖2所示的測(cè)試設(shè)置比較了探頭尖上的信號(hào)(下方的曲 30A AC/DC電流探頭連接到DUT上?！半妷骸毙盘?hào)和
線畫面)和傳播延遲后示波器前面板上的信號(hào)(上方的畫 “電流”信號(hào)由校準(zhǔn)夾具提供。
面)。
圖3顯示了電壓探頭和電流探頭之間的時(shí)滯，圖4顯示
圖3到圖6是演示探頭中時(shí)滯影響的實(shí)際示波器屏幕截 了在沒有校正兩只探頭的時(shí)滯時(shí)獲得的測(cè)量結(jié)果。
圖。它使用泰克P5205 1.3 kV差分探頭和TCP0030
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圖3. 電壓信號(hào)和電流信號(hào)之間有9.4ns的時(shí)滯
圖4. 當(dāng)存在時(shí)滯時(shí)，電源波形的峰值幅度是4.958W，光標(biāo)之間的能量損耗是1.597μJ
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使用4000系列數(shù)字熒光示波器

"本應(yīng)用指南詳細(xì)介紹了4000系列數(shù)字熒光示波器的專業(yè)技術(shù)特性和廣泛應(yīng)用。作為新一代高端電氣測(cè)試工具，4000系列示波器配備了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和高速采樣率，支持實(shí)時(shí)捕捉和分析高速脈沖、音頻頻率信號(hào)以及復(fù)雜的模擬信號(hào)。內(nèi)容覆蓋了該設(shè)備的基本操作流程，包括設(shè)置參數(shù)如觸發(fā)條件、通道選擇、帶寬優(yōu)化、存儲(chǔ)與回放等功能的講解，以及在電子設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、電力系統(tǒng)分析、通信系統(tǒng)調(diào)試、半導(dǎo)體測(cè)試等多個(gè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用場(chǎng)景和解決方案。通過此指南，用戶能夠充分理解和掌握如何利用4000系列數(shù)字熒光示波器進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的電氣信號(hào)檢測(cè)與故障診斷，從而提升工作效能和產(chǎn)品質(zhì)量。"