在使用快速共模和隔離探頭進行浮動測量

快速共模信號測量

在這種情況下，我們使用一個小型電池振蕩器（基于 LTC6907），它連接到 Mosfet 的漏極，從而提供測量所需的共模電壓變化。該振蕩器板具有 SMB 輸出，但我們將把電纜直接焊接到板上以進行此測試。差分測量是振蕩器的輸出，即 2V 電平信號，它與 Mosfet 的切換不同步。首先，我們使用與之前相同的 4 厘米長的電線測量此信號。圖 2 顯示了原理圖和下降的漏極電壓（7ns 內(nèi) 200V）以及振蕩器輸出。示波器設(shè)置為持久模式，以便可以觀察到多次掃描。在 CH1 切換時，CH2 出現(xiàn)巨大的失真，那么發(fā)生了什么？光纖隔離探頭應(yīng)該可以消除共模電壓的貢獻(xiàn)，不是嗎？

圖 2. 振蕩器位于 MOSFET 漏極上方。CH1 是 200V 7ns 共模，CH2 是測量的振蕩器輸出，電纜長 4 厘米。 圖片由 Bodo’s Power Systems提供

使用長度為 1cm 而不是 4cm 的導(dǎo)線進行相同測量會帶來一些改進，但失真仍然太大。因此，我們可以使用振蕩器中的輸出 SMB 連接器，并將振蕩器直接連接到探頭。這可以實現(xiàn)的失真，如圖 3 所示。再次將示波器設(shè)置為持久模式，以便可以觀察到多個切換。該結(jié)果與光學(xué)探頭的 CMRR 非常接近：200V 7ns 的基頻為 50MHz，該頻率下的 CMRR 約為 67dB。200V 的衰減為 67dB，結(jié)果為 90mV。

圖 3. 振蕩器通過 SMB 連接器連接到探頭。CH2 顯示失真幾乎可以忽略不計。 圖片由 Bodo’s Power Systems提供

實例

使用英飛凌 GaN 評估板在高壓側(cè)驅(qū)動器（型號 EVAL_1EDF_G1B_HB_GAN）上進行快速測量。該板使用一對 EiceDRIVER (1EDF5673K) 柵極驅(qū)動器來驅(qū)動 GaN 晶體管 (IGOT60R070D1)。使用電阻負(fù)載來故意提高共模的開關(guān)速度。測量結(jié)果符合預(yù)期。開關(guān)轉(zhuǎn)換時的尖峰不是由于探頭的 CMRR 限制，而是由于高壓側(cè)晶體管中的 Crss 和 Ciss 產(chǎn)生的分壓器。請注意，同軸連接使這種快速測量不受振鈴影響，并且更加準(zhǔn)確。

圖 4.  1.5 MHz 開關(guān)頻率下 GaN 驅(qū)動器的高端柵極測量。示波器設(shè)置為平均模式以降低噪音。 圖片由 Bodo’s Power Systems提供

模擬

那么到底發(fā)生了什么？顯然，共模的引入對失真的影響遠(yuǎn)大于差分信號轉(zhuǎn)換速度。模擬使問題更加清晰。關(guān)鍵參數(shù)是源阻抗、中心導(dǎo)體對地的寄生電容以及該導(dǎo)體在增加其串聯(lián)電感時的長度。源電阻與電纜自感和寄生電容一起形成一個諧振電路，該電路由共模電壓擺幅供電。其中任何一個值越高，測量失真就越嚴(yán)重。源電阻通常由所討論的被測設(shè)備 (DUT) 給出，而電纜電感取決于所用電纜的長度，而電纜長度只能這么短。因此，在實踐中，減少輸出失真的方法是使用同軸電纜一直連接到 DUT 以消除存在的寄生電容。

結(jié)論

與差分探頭相比，光纖隔離探頭的 CMRR 有所改善，因此可以測量快速共模信號。但是，在測量設(shè)置中需要采取一些額外的預(yù)防措施；否則，CMRR 將被破壞。探頭同軸輸入中的中心導(dǎo)體需要受到保護，免受外部電場的影響，因此，盡量縮短未屏蔽同軸電纜中中心導(dǎo)體的長度非常重要。