中心議題：

• 高壓測試中使用不同示波器測試結果不一樣

解決方案：

• 最小化量化誤差
• 謹慎處理示波器接地
• 幅頻特性曲線平坦度問題

對於電源客戶而言
，MOSFET的電壓應力測試是一項關鍵指標，它決定了電路的調試，電源的使用壽命，MOSFET器件的選型等。而在電源測試中
，我們常常遇到這樣一個現象：測試高壓時不同品牌的示波器測試的結果差別很大。例如測試大約450V的MOSFET的Vds電壓，三台示波器的最大差別有50V左右
；同一品牌不同型號的示波器差別也很大；同tong樣yang的de示shi波bo器qi不bu同tong探tan頭tou測ce量liang結jie果guo有you時shi差cha別bie也ye很hen大da。所suo以yi在zai寫xie測ce試shi報bao告gao時shi要yao標biao明ming是shi用yong什shen麼me型xing號hao的de示shi波bo器qi和he什shen麼me序xu列lie號hao的de探tan頭tou測ce試shi出chu來lai的de結jie果guo。但dan很hen多duo電dian源yuan工gong程cheng師shi並bing不bu理li解jie這zhe個ge問wen題ti的de理li論lun根gen源yuan，本ben文wen將jiang進jin行xing討tao論lun。

高壓“測不準”的原因其實很簡單
，有四個因素：
第一是示波器的量化誤差問題；
第二是示波器的幅頻特性曲線的平坦度問題；
第三是環境噪聲的幹擾問題
；
第四是探頭的共模抑製比和快恢複特性問題。

1.量化誤差的概念
示波器的A/D隻有8位
，也就是說對於任何一個電壓值都隻有256個0和1來重組。如果包括+/-符號位,示波器的數字量程是-128~+127。圖一清楚地顯示了這種數字化采樣的原理。示波器的屏幕最頂部代表的是+127,中間代表的是0
，最底部代表的是-128。這種原理就產生了使用示波器的第一原則：最zui小xiao化hua量liang化hua誤wu差cha。這zhe個ge原yuan則ze告gao訴su了le我wo們men使shi用yong示shi波bo器qi的de一yi個ge常chang識shi
，為wei獲huo得de最zui接jie近jin於yu真zhen實shi值zhi的de電dian壓ya值zhi，應ying使shi垂chui直zhi分fen辨bian率lv盡jin可ke能neng地di小xiao，使shi顯xian示shi的de波bo形xing盡jin量liang占zhan滿man示shi波bo器qi的de屏ping幕mu。
圖二分別表示在1V/div和200mv/div的時候測試相同的信號的效果。在1V/div的時候，示波器的最小量化誤差是（1V*8）/256=31.25mv，這意味著小於31.25mV的信號是無法準確測量出來的。而對於高壓測量
，假設量程是100V/div,示波器的量化誤差是800V/256=3.125V，這意味著小於3.125V的信號是無法準確測量出來的。
有一個更令人印象深刻的例子來說明量化誤差：將探頭的地和信號針直接相連懸在空中，比較量程為20mV/div和100V/div時的pk-pk值，其差異是多大
？幾十伏的差異！！您現在就可以做這個實驗。這表示在100V/div時測試出來的20V的信號，實際上隻有不到20mV！所以對於測量800V的高壓，20V的誤差是非常非常正常的！50V也是非常正常的！[page]2.幅頻特性曲線平坦度問題
就示波器的行業標準而言,示波器幅頻曲線距離理想響應的偏差允許達到+/-2dB

，這對有些精確度要求很高的測量似乎是很不能接受的誤差範圍。因此,示波器並沒有在測量界定義為計量的工具，它隻能說是調試的工具或測試的工具。

此ci外wai，不bu同tong型xing號hao的de示shi波bo器qi，不bu同tong品pin牌pai的de示shi波bo器qi，其qi前qian端duan放fang大da器qi的de響xiang應ying曲qu線xian也ye是shi有you差cha別bie的de
，有you的de是shi高gao斯si響xiang應ying，有you的de是shi矩ju形xing響xiang應ying，有you的de是shi四si階jie貝bei塞sai爾er響xiang應ying。對dui於yu輸shu入ru相xiang同tong頻pin率lv的de信xin號hao，不bu同tong示shi波bo器qi的de垂chui直zhi參can數shu的de測ce量liang結jie果guo肯ken定ding是shi不bu一yi致zhi的de



，不bu同tong垂chui直zhi通tong道dao設she置zhi下xia的de測ce量liang結jie果guo也ye應ying是shi不bu一yi致zhi的de。

我們從儀器校準專業了解到，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
，對於理想中的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。
圖四顯示的是我們6GHz的幅頻特性曲線。可以看出其最大偏差遠小於+/-2dB。shiboqishiyongyiduanshijianhoupingtanduhuiyouxiegaibianxuyaosongxiaozhunjigoujinxingxiaozhun。dantongchanghenduodisanfangjigouzhinengpanduanchufupinquxianshifouhege，danbingbunengjiangpingtanduxiaozhundaochangjianengxiaozhundaodeshuiping。yinci，xianzaichangyouxiekehuyaoqiushiboqiyuanchangtigongxiaozhunfuwu。ruguobijiaolianggebutongpinpaixiangtongdaikuandefupintexing
，duiyutongyigepinlvdianqifuzhibukenengshixiangdengde。
3.環境噪聲的幹擾問題
幹(gan)擾(rao)的(de)傳(chuan)播(bo)有(you)兩(liang)個(ge)來(lai)源(yuan)
，一(yi)個(ge)是(shi)傳(chuan)導(dao)，一(yi)個(ge)是(shi)輻(fu)射(she)。前(qian)者(zhe)指(zhi)幹(gan)擾(rao)沿(yan)著(zhe)導(dao)線(xian)介(jie)質(zhi)來(lai)傳(chuan)播(bo)，後(hou)者(zhe)是(shi)指(zhi)通(tong)過(guo)空(kong)中(zhong)的(de)電(dian)磁(ci)場(chang)的(de)耦(ou)合(he)。這(zhe)兩(liang)個(ge)因(yin)素(su)都(dou)會(hui)影(ying)響(xiang)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)。

地(di)環(huan)路(lu)常(chang)是(shi)傳(chuan)導(dao)的(de)介(jie)質(zhi)。電(dian)流(liu)采(cai)樣(yang)的(de)難(nan)點(dian)也(ye)是(shi)和(he)接(jie)地(di)有(you)關(guan)的(de)，因(yin)為(wei)通(tong)過(guo)小(xiao)電(dian)阻(zu)來(lai)采(cai)樣(yang)電(dian)流(liu)後(hou)得(de)到(dao)的(de)電(dian)壓(ya)非(fei)常(chang)小(xiao)，在(zai)強(qiang)電(dian)環(huan)境(jing)中(zhong)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)幹(gan)擾(rao)
，特(te)別(bie)是(shi)地(di)帶(dai)來(lai)的(de)幹(gan)擾(rao)給(gei)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)的(de)設(she)計(ji)帶(dai)來(lai)難(nan)題(ti)。“地”的問題是更複雜的話題
，下麵將舉例說明。

專業的工業廠房的“大地”有很專業的接地措施。“大地”可以比成波瀾不驚的大海

，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海口的地方的海水變“混濁”，ruguozaizhefujinyoulingwaiyigedianzishebeiyezaigongzuo
，zhetiaoheliubianhunzhuodehaishuihuiyingxiangdaolingwaiyigeheliu，zheshihoulingwaiyigeshebeishenzhikenengbunengzhengchanggongzuo。zhezhongxianghuhunzhuodeguochengdailaileyimenkexue，jiushiEMC。功率越大，對地的幹擾越大。

我們必須深刻認識到地之間的相互幹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“幹淨的”地上。但實際的測量環境中，幹淨的地很難找到，這時候測量結果就要考慮到地環路的影響。 youxiegongchengshijiangshiboqideandichatouqudiao
，yongliangxiangdianyuanxiangeishiboqigongdian

，shitutongguozhezhongfangfalaibimianhuanjingdideganraoyijijiejuexuanfudegaoyaceshiwenti。zhezhongfudidefangfashiyiqichangjiaqiangliefanduidezuofa
，takenenghuidaozhishiboqisunhuai，DUT損(sun)壞(huai)，還(hai)有(you)可(ke)能(neng)帶(dai)來(lai)人(ren)身(shen)安(an)全(quan)問(wen)題(ti)
，而(er)且(qie)更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)
，會(hui)導(dao)致(zhi)測(ce)試(shi)波(bo)形(xing)的(de)嚴(yan)重(zhong)失(shi)真(zhen)。以(yi)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)機(ji)殼(ke)作(zuo)為(wei)參(can)考(kao)點(dian)的(de)測(ce)量(liang)能(neng)準(zhun)確(que)嗎(ma)？一(yi)定(ding)要(yao)讓(rang)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)地(di)牢(lao)固(gu)地(di)接(jie)到(dao)幹(gan)淨(jing)的(de)地(di)上(shang)
，而(er)地(di)不(bu)幹(gan)淨(jing)的(de)時(shi)候(hou)要(yao)想(xiang)法(fa)設(she)法(fa)找(zhao)到(dao)幹(gan)淨(jing)的(de)地(di)接(jie)到(dao)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)地(di)。地(di)是(shi)探(tan)頭(tou)取(qu)樣(yang)的(de)參(can)考(kao)點(dian)，必(bi)須(xu)是(shi)幹(gan)淨(jing)的(de)才(cai)能(neng)得(de)到(dao)最(zui)準(zhun)確(que)的(de)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)。

還有輻射。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。對於一個48V/50A的通信電源
，業界要求輸出電壓的紋波峰峰值是100mV以yi內nei
，這zhe個ge指zhi標biao是shi指zhi將jiang電dian源yuan蓋gai上shang機ji殼ke後hou的de指zhi標biao。蓋gai機ji殼ke是shi最zui後hou做zuo的de事shi情qing
，做zuo一yi個ge項xiang目mu先xian設she計ji出chu單dan板ban，連lian機ji殼ke是shi什shen麼me樣yang都dou不bu知zhi道dao。這zhe時shi候hou我wo們men在zai測ce試shi中zhong需xu要yao將jiang示shi波bo器qi的de帶dai寬kuan限xian製zhi為wei20M。在不蓋機殼測試為200mV的時候，經驗告訴我們這樣已經OK了，結果果真！EMC似乎是關於經驗的學問。

單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)的(de)線(xian)差(cha)不(bu)多(duo)都(dou)有(you)一(yi)米(mi)長(chang)，我(wo)們(men)將(jiang)這(zhe)些(xie)線(xian)懸(xuan)在(zai)空(kong)中(zhong)和(he)將(jiang)這(zhe)線(xian)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)縮(suo)短(duan)然(ran)後(hou)用(yong)手(shou)握(wo)住(zhu)
，測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)會(hui)有(you)多(duo)大(da)差(cha)別(bie)？這(zhe)又(you)是(shi)經(jing)驗(yan)。在(zai)將(jiang)負(fu)載(zai)增(zeng)加(jia)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，為(wei)了(le)能(neng)從(cong)示(shi)波(bo)器(qi)中(zhong)看(kan)出(chu)信(xin)號(hao)的(de)端(duan)倪(ni)，工(gong)程(cheng)師(shi)不(bu)得(de)不(bu)不(bu)斷(duan)地(di)折(zhe)騰(teng)探(tan)頭(tou)的(de)線(xian)，一(yi)會(hui)鬆(song)開(kai)線(xian)看(kan)看(kan)波(bo)形(xing)，一(yi)會(hui)又(you)將(jiang)線(xian)裹(guo)在(zai)一(yi)起(qi)握(wo)住(zhu)看(kan)看(kan)波(bo)形(xing)。這(zhe)種(zhong)痛(tong)苦(ku)對(dui)於(yu)弱(ruo)電(dian)的(de)研(yan)發(fa)是(shi)感(gan)受(shou)沒(mei)有(you)那(na)麼(me)強(qiang)烈(lie)的(de)。

有(you)時(shi)侯(hou)有(you)些(xie)工(gong)程(cheng)師(shi)為(wei)了(le)省(sheng)事(shi)，同(tong)時(shi)用(yong)多(duo)個(ge)通(tong)道(dao)時(shi)，隻(zhi)將(jiang)一(yi)個(ge)探(tan)頭(tou)的(de)地(di)線(xian)接(jie)上(shang)，這(zhe)無(wu)疑(yi)為(wei)對(dui)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)影(ying)響(xiang)很(hen)大(da)。探(tan)頭(tou)的(de)地(di)線(xian)越(yue)短(duan)越(yue)好(hao)
，地(di)線(xian)和(he)信(xin)號(hao)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)環(huan)路(lu)麵(mian)積(ji)越(yue)大(da)
，輻(fu)射(she)帶(dai)來(lai)的(de)影(ying)響(xiang)越(yue)大(da)。這(zhe)在(zai)霍(huo)華(hua)德(de)那(na)本(ben)經(jing)典(dian)書(shu)中(zhong)一(yi)開(kai)始(shi)就(jiu)有(you)談(tan)到(dao)。

有(you)時(shi)候(hou)探(tan)頭(tou)的(de)地(di)線(xian)被(bei)磨(mo)損(sun)了(le)
，測(ce)試(shi)的(de)波(bo)形(xing)看(kan)起(qi)來(lai)是(shi)一(yi)條(tiao)直(zhi)流(liu)信(xin)號(hao)上(shang)有(you)很(hen)多(duo)細(xi)小(xiao)的(de)毛(mao)刺(ci)。沒(mei)有(you)很(hen)好(hao)屏(ping)幕(mu)效(xiao)果(guo)的(de)地(di)線(xian)也(ye)會(hui)極(ji)大(da)地(di)增(zeng)加(jia)輻(fu)射(she)的(de)幹(gan)擾(rao)，在(zai)高(gao)壓(ya)測(ce)試(shi)中(zhong)很(hen)輕(qing)鬆(song)地(di)帶(dai)來(lai) 100V以上的誤差。

在用高壓差分探頭測試時
，需要將兩條線絞在一起而不要讓它們自由地散開。這是常識，但很多工程師都沒有意識到。

youyici，yigegongchengshitousushuo，yongwomenlianggexiangtongxinghaodetantouceshitongyigebeicedian
，jiaohuantongdaohoufuzhichabiehenda。houlaizhalebantian，faxianbenzhiyuanyinbushijiaohuantongdao，ershihelianggetantoudexiandebaifayouguan。lianggenxiandeweizhibuyiyangceshidejieguojiubuyiyang。

所以，我們在看到一個現象的時候總要去反複做一些交叉實驗，對比測試後才能找出現象後麵的原因，最終解決問題或得出結論。

傳導和輻射，我們在測試的時候總要考慮到這兩點對測試結果的影響。[page]4.探頭的共模抑製比和快恢複特性問題
我們關注的信號總是兩個信號相減的結果。對於單端信號
，是被測點的電位和地相減；對(dui)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)
，是(shi)兩(liang)個(ge)相(xiang)對(dui)地(di)的(de)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)之(zhi)減(jian)。我(wo)們(men)希(xi)望(wang)示(shi)波(bo)器(qi)測(ce)試(shi)到(dao)的(de)信(xin)號(hao)是(shi)探(tan)頭(tou)的(de)減(jian)法(fa)效(xiao)應(ying)之(zhi)後(hou)沒(mei)有(you)引(yin)進(jin)對(dui)地(di)的(de)共(gong)模(mo)噪(zao)音(yin)。這(zhe)在(zai)實(shi)際(ji)中(zhong)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)。因(yin)此(ci)，探(tan)頭(tou)的(de)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)越(yue)大(da)，測(ce)試(shi)出(chu)來(lai)的(de)結(jie)果(guo)越(yue)準(zhun)確(que)。不(bu)同(tong)的(de)探(tan)頭(tou)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)不(bu)一(yi)樣(yang)。單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)的(de)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)很(hen)低(di)，隻(zhi)有(you)幾(ji)千(qian)分(fen)之(zhi)一(yi)，而(er)普(pu)通(tong)的(de)高(gao)壓(ya)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)，如(ru)力(li)科(ke)的(de)ADP305，Tek公司的P52XX等共模抑製比為一萬分之一。這在高壓測試中是不夠的。如在測試全橋或半橋電路的上半橋Vds電壓時，MOSFET關斷時的Vds電壓為400V以上，在MOSFET導通時的Vds電壓隻有100mV，我們需要在示波器中清晰地看到100mV

，這意味著示波器和探頭構成的測試係統能夠從400V電壓中拾取100mV的小信號
，這需要探頭具有10萬分之一的共模抑製比。例如力科的差分放大器DA1855A就能做到這樣高的共模抑製比。

此外

，還有很重要的一點是，對於Vds電壓測試
，由於從400V電壓跳變到100mV的電壓是瞬間的突變，如果探頭沒有很好的快過驅動恢複能力，會導致示波器過驅動，測試出來的結果也是不準確的。MOSFET導通時的100mV的電壓測試出來的結果可能為負的十幾伏。大家可以立即去確認下這一點：在50V/div的量程下看到導通時的波形是一條零線，但將量程調節到100mV/div的時候，就看到零線變成了負線，有的時候還會看到這負線不是恒定的，而是上下跳動著的。力科的差分放大器DA1855A就提供了很好的過驅動恢複能力，使得能準確測試出MOSFET在導通時的低電壓，從而測試出來的Vds電壓值才是最準確的。這就好比一個人騎著一輛自行車從60度的陡坡衝下來，如果這自行車沒有很好的刹車係統，它是無法停留在它本來應停留的位置，總會衝得更遠。

圖五所示為差分放大器DA1855A的工作原理和外觀圖。

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，超過450伏就超標了，這個問題困擾了太多的工程師了。我們該如何重新定義這個指標？可能需要更加高端的儀器才能做到。