示波器基礎系列之九 —— 關于高壓測試中電壓“測不準”問

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

圖三 理想的響應和典型響應曲線之間的偏差

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機構進行校準。但通常很多第三方機構只能判斷出幅頻曲線是否合格，但并不能將平坦度校準到廠家能校準到的 水平。因此，現在常有些客戶要求示波器原廠提供校準服務。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，一個是輻射。前者指干擾沿著導線介質來傳播，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果。

地環(huán)路常是傳導的介質。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)路的設計帶來難題。“地”的問題是更復雜的話題，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)現有很多這樣的公司。記得我第一次對“地”有深刻印象是和導師一起去廠方做實驗，導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備的地就如流向這大海 的無數條河流。每個電子設備在工作的時候就會使河流入?？诘牡胤降暮Ｋ?ldquo;混濁”，如果在這附近有另外一個電子設備也在工作，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，就是EMC。 我剛入職的時候聽公司的大佬講到，電源設計的最高境界是EMC設計和結構設計，當時沒有很以為然，后來的研發(fā)實踐和現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備或實驗單板的工作地相互干擾的現象比比皆是。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，當我要將負載加到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。（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識到地之間的相互干擾是必須要嚴肅對待的問題。在示波器的測量中，我們強調一定要三相供電，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，會導致測試波形的嚴重失真。以示波器的機殼作為參考點的測量能準確嗎？ 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確的測量結果。

關于輻射，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，這個指標是指將電源蓋上機殼后的指標。蓋機殼是最后做的事情，做一個項目先設計出單板，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似乎是關于經驗的學問。

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，測試結果會有多大差別？這又是經驗。在將負載增加的過程中，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。