開關電源測試小訣竅——如何正確使用示波器

在FAE的日常工作中經常收到有用戶反饋：明明系統已經正常運行，但是在測試量化波形數據時得到的結果卻不盡人意，為何會產生如此出入呢？問題可能出在測試方法和測試設備的使用上！

在全面排查是否為系統產品的問題之前（工作量巨大、耗時耗力），我們必須先檢查自己測試的環境、手段及方法，是否“測對了”？其中如何正確的選擇示波器的測試方法尤為重要！

本文主要為大家闡述示波器的三大關鍵指標及金升陽測試使用時謹遵的測試規范及相關注意事項。

一、如何根據示波器的關鍵指標來選擇合適的示波器

示波器作為常用的高精密測試儀器，它能夠把肉眼看不見的電信號變換成可視圖像，便于人們研究各種電現象的變化過程。示波器的正確使用至關重要，常有測試人員因參數設置錯誤導致“實測數據”與系統實際工作狀態大相徑庭，帶來不必要的麻煩。

示波器三大關鍵指標：帶寬、采樣率、存儲深度。

1、帶寬：指響應導致輸出幅度下降到70.7%（-3dB）時的頻率范圍。

隨高頻功率開關、整流器技術的不斷發展，電源工作頻率的不斷提高，目前市面上新興的GaN MOSFET、SiC MOSFET和SiC肖特基整流管等功率開關，開通、關斷時間不到5ns（開斷頻率超過200MHz），在工程測量過程中，為觀察此類快速變化的信號，需要足夠帶寬的測量系統，帶寬足夠不僅是示波器的帶寬，探頭的帶寬也要足夠。

金升陽常用差分探頭、示波器的帶寬為100MHz，可以滿足日常測試所需。帶寬越高，能采集到的被測信號高次諧波范圍越廣，被測信號失真越少，但探頭的帶寬并不是越大越好，帶寬越高，引入的頻率越多，進入噪聲信號也越多，以紋波噪聲測試示波器需開啟20MHz帶寬限制進行測量為例，就對帶寬進行了限制，同理當測試的低頻信號噪聲干擾過多時，也可在差分探頭（5MHz）或示波器上開啟帶寬限制。

2、采樣率：指每秒鐘可以采集的數據點個數，一般來說，示波器的采樣率指標都是指示波器工作時能夠達到的最高采樣率。

存儲深度=采樣率×采樣時間。是指示波器在屏幕上顯示一條波形時，其波形的數據個數，我們看到的示波器屏幕上顯示的波形，是由很多采樣點組成的，所有采樣點的個數，就是存儲深度。

存儲深度對測量會有什么影響？我們給示波器加上一個頻率為1KHz，幅值為2V的方波，用28M存儲深度的示波器，截取14S的信號，此時采樣率為2Msa/S放大2000倍，依然還是方波。

當用28K存儲深度的示波器，截取14S的信號，此時采樣率為2Ksa/S，放大2000倍，得到的波形失真。

從這個例子總結可知：相同采樣時間，采樣率越大，示波器的存儲深度越大，保存的波形可以看到更多的細節。在測試時應確保自己的采樣率足夠，避免采樣時間太長而導致波形失真。一般示波器滾動狀態下采集率最高可到達4MSa/s，觸發模式下可達到更高。

以金升陽大功率機殼LMF1000-20Bxx產品應力調試波形為例：

金升陽研發調試及產品驗測時通常采用的是4GSa/s高精度采集四通道示波器，真實展現產品高頻信號及瞬態工作數據，能夠全面地通過數據評估設計的可靠性。

二、示波器使用的注意事項

1、示波器接入新的無源探頭或插拔探頭使用，必須校準，否則測試結果不準（紋波測試結果誤差10mV以上），測量時需盡量使探頭地線短，探頭補償步驟如下：

①把探頭連接到一條垂直通道，隨后把探頭尖端連接到示波器方波參考信號上；

②觀察方波參考信號，調節補償電容。調節方式可見下圖

2、示波器與探頭需阻抗匹配。一般通用示波器在輸入端有1MΩ（一般電路）和50Ω（高速電路）的可切換匹配電阻，與探頭正確的匹配以減少被測電路的負載效應影響。

3、示波器電源線接地時，需避免使用普通探頭與由電力系統供電的產品直接相連，請使用差分探頭測試或使用隔離變壓給示波器供電，或者采用浮地測量（無地線電源線連接示波器），避免地線雜訊干擾到真實數據（無源探頭的負端地與示波器的電源PE是相通的）。具體對比可參考下圖：

4、EMC測試勿使用無源探頭，需全部使用差分測量，以免示波器接地時測試產品PE浪涌引入浪涌信號到示波器導致示波器損壞或被測產品輸出掉電（測試結果異常），浪涌測試儀供電線與示波器電源均接市電。

三、小結

金升陽在電源領域深耕二十余年，工程師秉承著嚴謹認真的工作態度，嚴格遵守標準化的測試守則，提供準確、真實的產品性能數據，簡化客戶的產品開發和測試周期，綜合提升系統的穩定性、安全性和可靠性，致力為各行業提供“無憂”電源。