電源接地不良對示波器測試產(chǎn)生的干擾問題

示波器操作人員有時會發(fā)現(xiàn)這樣一個現(xiàn)象：使用探頭探測信號時，被測信號上下跳動，波形不正常，如果使用余暉顯示，則波形糊成一團，如下圖所示：

圖一 糊住的波形

通常這種情況下，測試人員會懷疑是觸發(fā)的問題，但當(dāng)上下調(diào)節(jié)觸發(fā)電平時，波形位置會隨著觸發(fā)電平的變化：如觸發(fā)電平調(diào)高，則波形的位置上升，觸發(fā)電平調(diào)低，波形位置又降低，如下圖所示：

圖二 調(diào)高觸發(fā)電平，波形位置上升

圖三 調(diào)低觸發(fā)電平，波形位置下降

如果您在工作中也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，則很大的可能是：您的測試存在接地不良的情況。更準(zhǔn)確地說是：您測試系統(tǒng)的信號回流路徑過長。
我們都知道，從信號發(fā)送器流出的信號，都會最終流回發(fā)送器。單端信號的“地”是信號的回流路徑；而差分信號的回流路徑比較復(fù)雜一些，差分對的正負(fù)端是依靠公共的參考來回流的。所以在測試中，如果單端探頭的地線沒有有效連接；或差分探頭的正負(fù)端中的任何一端沒有有效連接，以及示波器的參考“地”沒有能和被測件的地連接，則通過探頭饋入示波器的信號就無法通過正常的路徑回流，而必須經(jīng)過供電設(shè)備（如開關(guān)電源、電力網(wǎng)絡(luò)等）回流，因而受到供電設(shè)備的影響，從而可能出現(xiàn)上面幾幅圖的情況。
在上圖的例子中，當(dāng)我們把時基增大到10mS/div的時候，看到如下圖形，發(fā)現(xiàn)信號有明顯的周期性，簡單地使用光標(biāo)測量，發(fā)現(xiàn)周期為20ms左右，則可以大致確定信號受到了工頻的干擾。在一些復(fù)雜干擾的實例中，測試人員可以使用示波器的FFT工具來查找干擾的來源，以確定是否是接地不良帶來的工頻干擾或開關(guān)電源干擾。

圖四 信號受到干擾后的輪廓
發(fā)現(xiàn)問題以后，重新接好地線，波形恢復(fù)正常，原來這是一個10MHz左右的時鐘信號。問題解決，如下圖所示：

圖五 正確的信號
小結(jié)：這是一個測試中常見的小問題，有經(jīng)驗的工程師都可以很容易地解決。就這個小問題，測試人員可以注意以下細(xì)節(jié)：
l 使用探頭測試時，一定要注意信號回流路徑，如果發(fā)現(xiàn)波形上下跳動，就需要考慮接是否是接地線異常；
l 信號回流路徑盡可能短；或者如果考慮地線和信號線形成的一個閉合面，這個面的面積需要盡可能小；
l 測試準(zhǔn)備工作中，單端探頭測試時可以使用接地線（帶鱷魚夾或香蕉頭的導(dǎo)線）將被測信號的參考點與示波器的外殼（也就是示波器的“地”）連接起來；差分探頭測試時應(yīng)該將示波器和被測設(shè)備共地。如果示波器和被測設(shè)備使用同一個接地良好的電源插線板，則這一步一般可以省去。浮地測試等情況比較復(fù)雜，應(yīng)具體情況具體分析；
l 地線未能可靠連接或差分探頭一端懸空的情況在高壓、浮地測試中十分危險，應(yīng)嚴(yán)格避免。即使在普通差分信號的測試中，如果差分探頭一端懸空，當(dāng)被測信號的差模電壓+共模電壓超過了差分探頭的差模測試范圍，也可能損壞探頭；