示波器基礎(chǔ)系列之九 —— 關(guān)于高壓測試中電壓“測不準(zhǔn)”問

我們從儀器校準(zhǔn)專業(yè)了解到，示波器在校準(zhǔn)時，一般會把平坦度校準(zhǔn)到+/-1.5%以內(nèi)，這是比較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。這意味著，對于理想中的1V的正弦信號，測試的結(jié)果偏差15mv是很正常的。圖三表示理想響應(yīng)和實際的示波器響應(yīng)之間的偏差。

圖三 理想的響應(yīng)和典型響應(yīng)曲線之間的偏差

圖四顯示的是我們6GHz的幅頻特性曲線?？梢钥闯銎渥畲笃钸h(yuǎn)小于+/-2dB。 示波器使用一段時間后平坦度會有些改變需要送校準(zhǔn)機構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)。但通常很多第三方機構(gòu)只能判斷出幅頻曲線是否合格，但并不能將平坦度校準(zhǔn)到廠家能校準(zhǔn)到的 水平。因此，現(xiàn)在常有些客戶要求示波器原廠提供校準(zhǔn)服務(wù)。如果比較兩個不同品牌相同帶寬的幅頻特性，對于同一個頻率點其幅值不可能是相等的。

　　　 　 圖四 實際的幅頻特性曲線圖

3，環(huán)境噪聲的干擾問題

干擾的傳播有兩個來源，一個是傳導(dǎo)，一個是輻射。前者指干擾沿著導(dǎo)線介質(zhì)來傳播，后者是指通過空中的電磁場的耦合。這兩個因素都會影響測試結(jié)果。

地環(huán)路常是傳導(dǎo)的介質(zhì)。在我做電源研發(fā)的時候,我 記得大家流行的一句口頭禪是，接地和電流采樣是永恒的話題。電流采樣的難點也是和接地有關(guān)的，因為通過小電阻來采樣電流后得到的電壓非常小，在強電環(huán)境中 非常容易受到干擾，特別是地帶來的干擾給控制環(huán)路的設(shè)計帶來難題。“地”的問題是更復(fù)雜的話題，我的功底很難講清楚，我只是講一些這方面的“故事”吧。

專業(yè)的工業(yè)廠房的“大地”有很專業(yè)的接地措施。之前聽公司的EMC專家講起公司的廠房是如何做地的過程，讓我當(dāng)時深刻體會到“專業(yè)主義”真是無處不在。在google中 搜索“接地公司”會發(fā)現(xiàn)有很多這樣的公司。記得我第一次對“地”有深刻印象是和導(dǎo)師一起去廠方做實驗，導(dǎo)師拿著一根線跑了廠房外面十幾米的地方將那根線埋 到滿是泥的池塘里。因為當(dāng)時覺得那個實驗環(huán)境下廠房的地干擾太大。我常把“大地”比如成波瀾不驚的大海，而每一個和大地連接的電子設(shè)備的地就如流向這大海 的無數(shù)條河流。每個電子設(shè)備在工作的時候就會使河流入海口的地方的海水變“混濁”，如果在這附近有另外一個電子設(shè)備也在工作，這條河流變混濁的海水會影響 到另外一個河流，這時候另外一個設(shè)備甚至可能不能正常工作。這種相互混濁的過程帶來了一門科學(xué)，就是EMC。 我剛?cè)肼毜臅r候聽公司的大佬講到，電源設(shè)計的最高境界是EMC設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，當(dāng)時沒有很以為然，后來的研發(fā)實踐和現(xiàn)在從事示波器的銷售過程中，這種感受一天比一天強烈。河流的相互混濁即每個電子設(shè)備或?qū)嶒瀱伟宓墓ぷ鞯叵嗷ジ蓴_的現(xiàn)象比比皆是。我之前做3000W的AC-DC電源項目的時候，我猶記得每次做實驗的時候，當(dāng)我要將負(fù)載加到50A的電流的都會叫停同一個實驗室中其他的同事停止工作，否則我的示波器上的波形非常糟糕，根本無法看清。功率越大，對地的干擾越大。記得當(dāng)時做一個三相單極PFC的項目，為了能使THD在半載以上小于5%,我們只有每天早晨八點之前到公司做實驗才能滿足這個指標(biāo)。（大功率的AC Source很貴，很難借到）

以上這些比方和故事會使我們深刻認(rèn)識到地之間的相互干擾是必須要嚴(yán)肅對待的問題。在示波器的測量中，我們強調(diào)一定要三相供電，將示波器的地接到“干凈的”地上。但實際的測量環(huán)境中，干凈的地很難找到，這時候測量結(jié)果就要考慮到地環(huán)路的影響。 我看到很多客戶將示波器的按地插頭去掉，用兩相電源線給示波器供電，試圖通過這種方法來避免環(huán)境地的干擾以及解決懸浮的高壓測試問題。這種浮地的方法是儀器廠家強烈反對的做法，它可能會導(dǎo)致示波器損壞，DUT損壞，還有可能帶來人身安全問題,而且更重要的是，會導(dǎo)致測試波形的嚴(yán)重失真。以示波器的機殼作為參考點的測量能準(zhǔn)確嗎？ 一定要讓示波器的地牢固地接到干凈的地上，而地不干凈的時候要想法設(shè)法找到干凈的地接到示波器的地。地是探頭取樣的參考點，必須是干凈的才能得到最準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

關(guān)于輻射，每個人都會有強烈感受。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。

對于一個48V/50A的通信電源，業(yè)界要求輸出電壓的紋波峰峰值是100mV以內(nèi)，這個指標(biāo)是指將電源蓋上機殼后的指標(biāo)。蓋機殼是最后做的事情，做一個項目先設(shè)計出單板，連機殼是什么樣都不知道。這時候我們在測試中需要將示波器的帶寬限制為20M。在不蓋機殼測試為200mV的時候，老板說“蓋上蓋子就滿足了，不用再折騰了。” 這就是經(jīng)驗，因為老板之前有比較過揭開蓋子和蓋上蓋子的差別！ EMC似乎是關(guān)于經(jīng)驗的學(xué)問。

單 端探頭的線差不多都有一米長，我們將這些線懸在空中和將這線盡可能地縮短然后用手握住，測試結(jié)果會有多大差別？這又是經(jīng)驗。在將負(fù)載增加的過程中，為了能 從示波器中看出信號的端倪，我不得不不斷地折騰探頭的線，一會松開線看看波形，一會又將線裹在一起握住看看波形。這種痛苦對于弱電的研發(fā)是感受沒有那么強 烈的。