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測試測量

每位工程師在使用示波器進行功率測量時都必須知道的7大秘訣

激光製造商情 來源:激光製造商情2012-06-26 我要評論(0 )   

盡量擴大測量動態範圍在探測中優(you) 化信號完整性 1) 通過計算平均值提高測量分辨率 2) 使用高分辨率采集提高測量分辨率 3) 使用交流耦合去除直流偏置 4) 使用示波器和探頭...

盡量擴大測量動態範圍在探測中優(you) 化信號完整性
1)    通過計算平均值提高測量分辨率
2)    使用高分辨率采集提高測量分辨率
3)    使用交流耦合去除直流偏置
4)    使用示波器和探頭限製帶寬
5)    使用差分探頭進行安全、精確的浮置測量
6)    避免探測耦合了輻射功率的附件
7)    選擇避開示波器最靈敏設置的探頭

 


1,通過計算平均值提高測量分辨率

     在某些功率測量應用中,您需要測量大動態範圍的值,同時還需要細致地調整分辨率,以測量參數的微小變化。除了使用高分辨率數字轉換器之外,您也可以使用其他采集方法來降低隨機噪聲,增加測量的有效動態範圍。例如求平均值和高分辨率采集。

    求平均值要求測量的是重複信號。該算法對跨越多次采集的各時間段內(nei) 的點求平均值。這樣可以降低隨機噪聲,為(wei) 您提供更卓越的垂直分辨率。

    垂直分辨率每增加一位,需要計算多少平均值?答案是每計算 4 個(ge) 樣本平均值,便可將垂直分辨率增加 1 位。原理如下:

•    增加的位數 = 0.5 log2 N
•    N = 計算平均值的樣本數
•    例如,對 16 個(ge) 樣本求平均值,垂直分辨率將增加:
•    位數 = 0.5 log2 16 = 2
•    因此,有效的垂直分辨率為(wei) 8 + 2 = 10 位。

這種算法在垂直分辨率為(wei) 12 位時效果最好,因為(wei) 再繼續增加下去,其他因數(例如示波器的垂直增益或偏置精度)將起到決(jue) 定性作用。平均模式的優(you) 點是,它對示波器的實時帶寬沒有任何限製。缺點是它要求使用重複性信號,並會(hui) 降低波形更新速率。

 

    

 圖 1:在正常采集模式下捕獲的開關(guan) 電源的 Vds       在正常平均模式下捕獲的 Vds#p#副標題#e#

2,使用高分辨率采集提高測量分辨率

降低噪聲的第 2 個(ge) 方法是高分辨率模式,它不需要使用重複信號。Agilent InfiniiVision 3000 X 係列等現代化示波器在正常采集模式下可提供 8 位垂直分辨率(與(yu) 大多數其他數字化儀(yi) 類似)。然而與(yu) 平均模式一樣,高分辨率模式也隻能達到 12 位的垂直分辨率。

 高分辨率模式是對同一次采集的連續點求平均值,而不是對某個(ge) 時間段內(nei) 多次采集的點求平均值。在高分辨率模式中,您不能像在平均模式中那樣,直接控製平均值數量。垂直分辨率位數的增加由示波器的時間/格設置決(jue) 定。

 當在較慢時基範圍狀態下工作時,示波器會(hui) 連續過濾相繼的數據點,並將過濾結果顯示到顯示屏上。增加屏幕上數據的存儲(chu) 器深度,也會(hui) 同時增加進行平均值計算的點數。高分辨率模式下,掃描速度越快,在屏幕上捕獲的點數就越少,因此效果就越差。相反,掃描速度越慢,在屏幕上捕獲的點數就越多,效果也就越顯著。

3,使用交流耦合,去除直流偏置

如果您正重點研究信號的紋波,可能並不關(guan) 心其直流偏置。通常,紋波和噪聲與(yu) 電源電壓相比是極小的。如果您使用示波器的動態範圍對這種偏置進行定量測量,那麽(me) 在遇到更微小的信號細節時,可能無法進行深入分析。將示波器的耦合設置為(wei) 交流,將會(hui) 從(cong) 測量結果中去除直流偏置,最大限度提高測量的線性度和動態範圍。

4,使用示波器和探頭限製帶寬

這種降低噪聲、增加動態範圍的方法雖然簡單,但常常被忽視。電源信號內(nei) 容與(yu) 示波器的標稱帶寬相比往往低得多(kHz 至幾十 MHz 級別)。多餘(yu) 的帶寬不會(hui) 傳(chuan) 輸任何信號信息,隻會(hui) 給測量帶來額外的噪聲。

 大多數示波器使用專(zhuan) 用的硬件濾波器來解決(jue) 這個(ge) 問題――通常是 20 25 MHz 低通濾波器。硬件濾波器與(yu) 軟件濾波器相比的一個(ge) 優(you) 勢是,它不會(hui) 影響示波器的更新速率。

 另一種方法是使用探頭來限製帶寬。測量鏈的帶寬受其

最弱一環的限製。500 MHz 示波器配備 10 MHz 探頭,其帶寬將會(hui) 是 10 MHz。安捷倫(lun) 提供了多種無源、有源的電流和差分探頭,總有一款探頭的帶寬會(hui) 適合您的特殊測量。

5,使用差分探頭進行安全、精確的浮置測量

示波器探頭上的接地引線通過 BNC 連接器的外殼連接到機箱。出於(yu) 安全考慮,示波器的機箱通過電源線的接地插頭連接到接地參考麵。示波器與(yu) 電源的接地方式不同,兩(liang) 者之間可能產(chan) 生衝(chong) 突。許多令人感興(xing) 趣的信號是以電勢而不是以接地作為(wei) 參考的(浮置)。電源設計人員采用各種方法來克服這一測量限製。

 最常用的方法是,通過削除電源線的防護接地插頭,或在電源線路中使用隔離變壓器,使示波器浮置(隔離)。T這種實踐方法非常危險,因為(wei) 它有可能在示波器機箱上形成高電壓。此外,使用浮置示波器進行測量,可能導致測量結果不精確。

 測量浮置電源信號的另一種方法是,使用兩(liang) 個(ge) 單端電壓探頭,用通道 A 的測量結果減去通道 B 的測量結果,即得到浮置電源信號。使用兩(liang) 個(ge) 輸入通道和探頭來測量感興(xing) 趣的信號節點。然後使用示波器上的波形數學功能,讓兩(liang) 個(ge) 通道上的電信號相減,得到差分信號的跡線。

 這種方法相對安全一些,因為(wei) 示波器始終保持接地。然而當共模信號相

 

對較小時,測量會(hui) 受到一定的限製,因為(wei) 此時使用的兩(liang) 個(ge) 探頭輸入通道之間的增益失配,共模抑製比較低,大約不到 20 dB10:1)。

 進行安全精確的浮置測量,最好使用差分探頭或差分放大器。差分探頭提供較高的共模抑製比,通常達到

80 dB 10,000:1 甚至更高,因此您可以測量大共模信號中隱藏的小差分信號,實現適當的測量精度和高靈敏度。使用動態範圍和帶寬足夠滿足應用需求的差分探頭,可進行安全和精確的浮置測量。

#p#副標題#e#

6,避免探測耦合了輻射功率的附件

請務必謹慎使用探測附件。通用無源探頭在標準配置中通常提供 15 厘米長接地引線和掛鉤探針,這兩(liang) 種附件可能會(hui) 探測到電源或其他器件所產(chan) 生的噪聲。此外,長接地連接往往會(hui) 產(chan) 生電感負載,給被測信號增加振鈴。

反之,較小的探針、較短的接地連接――例如使用電路板上的 BNC 適配器或卡口式接地引線――可以顯著減少探測到的噪聲,其原理是通過盡量減少連接的匝數,可降低電感負載。

7,選擇避開示波器最靈敏設置的探頭

如果您測量電源的紋波和噪聲幅度,有可能要用到示波器最靈敏的或接近最靈敏的 V/格設置。這正好處於(yu) 放大器安全性能範圍的邊緣。雖然測試儀(yi) 器的工作可能會(hui) 符合技術指標,但是實際的測量效果也許還比不上它的基本性能。

 首先,應嚐試使用

1:1 探頭,而不是使用儀(yi) 器附帶的標準配置 10:1 無源探頭。若使用 10:1 探頭,不僅(jin) 示波器的基線本底噪聲會(hui) 以 10 倍增加,而且示波器的最小 V/格設置也會(hui) 比使用 1:1 探頭時的情況大 10 倍。這會(hui) 導致信噪比降低,測量的動態範圍縮小。使用衰減較小的探頭,隻要測量的信號不超過示波器的最大輸入電壓,那麽(me) 就可以獲得出色的信號完整性。

 

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