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。示(shi)波(bo)器(qi)使(shi)用(yong)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)後(hou)平(ping)坦(tan)度(du)會(hui)有(you)些(xie)改(gai)變(bian)需(xu)要(yao)送(song)校(xiao)準(zhun)機(ji)構(gou)進(jin)行(xing)校(xiao)準(zhun)。但(dan)通(tong)常(chang)很(hen)多(duo)第(di)三(san)方(fang)機(ji)構(gou)隻(zhi)能(neng)判(pan)斷(duan)出(chu)幅(fu)頻(pin)曲(qu)線(xian)是(shi)否(fou)合(he)格(ge)，但(dan)並(bing)不(bu)能(neng)將(jiang)平(ping)坦(tan)度(du)校(xiao)準(zhun)到(dao)廠(chang)家(jia)能(neng)校(xiao)準(zhun)到(dao)的(de)水(shui)平(ping)。因(yin)此(ci)，現(xian)在(zai)常(chang)有(you)些(xie)客(ke)戶(hu)要(yao)求(qiu)示(shi)波(bo)器(qi)原(yuan)廠(chang)提(ti)供(gong)校(xiao)準(zhun)服(fu)務(wu)。如(ru)果(guo)比(bi)較(jiao)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)品(pin)牌(pai)相(xiang)同(tong)帶(dai)寬(kuan)的(de)幅(fu)頻(pin)特(te)性(xing)
，對(dui)於(yu)同(tong)一(yi)個(ge)頻(pin)率(lv)點(dian)其(qi)幅(fu)值(zhi)不(bu)可(ke)能(neng)是(shi)相(xiang)等(deng)的(de)。
3.環境噪聲的幹擾問題
ganraodechuanboyoulianggelaiyuan，yigeshichuandao
，yigeshifushe。qianzhezhiganraoyanzhedaoxianjiezhilaichuanbo
，houzheshizhitongguokongzhongdediancichangdeouhe。zhelianggeyinsudouhuiyingxiangceshijieguo。

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”
，如(ru)果(guo)在(zai)這(zhe)附(fu)近(jin)有(you)另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)也(ye)在(zai)工(gong)作(zuo)，這(zhe)條(tiao)河(he)流(liu)變(bian)混(hun)濁(zhuo)的(de)海(hai)水(shui)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)河(he)流(liu)，這(zhe)時(shi)候(hou)另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)設(she)備(bei)甚(shen)至(zhi)可(ke)能(neng)不(bu)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。這(zhe)種(zhong)相(xiang)互(hu)混(hun)濁(zhuo)的(de)過(guo)程(cheng)帶(dai)來(lai)了(le)一(yi)門(men)科(ke)學(xue)，就(jiu)是(shi)EMC。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。 有you些xie工gong程cheng師shi將jiang示shi波bo器qi的de按an地di插cha頭tou去qu掉diao
，用yong兩liang相xiang電dian源yuan線xian給gei示shi波bo器qi供gong電dian，試shi圖tu通tong過guo這zhe種zhong方fang法fa來lai避bi免mian環huan境jing地di的de幹gan擾rao以yi及ji解jie決jue懸xuan浮fu的de高gao壓ya測ce試shi問wen題ti。這zhe種zhong浮fu地di的de方fang法fa是shi儀yi器qi廠chang家jia強qiang烈lie反fan對dui的de做zuo法fa

，它ta可ke能neng會hui導dao致zhi示shi波bo器qi損sun壞huai
，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)。

youshihoutantoudedixianbeimosunle，ceshideboxingkanqilaishiyitiaozhiliuxinhaoshangyouhenduoxixiaodemaoci。meiyouhenhaopingmuxiaoguodedixianyehuijidadizengjiafushedeganrao
，zaigaoyaceshizhonghenqingsongdidailai 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。

有you一yi次ci，一yi個ge工gong程cheng師shi投tou訴su說shuo，用yong我wo們men兩liang個ge相xiang同tong型xing號hao的de探tan頭tou測ce試shi同tong一yi個ge被bei測ce點dian，交jiao換huan通tong道dao後hou幅fu值zhi差cha別bie很hen大da。後hou來lai查zha了le半ban天tian
，發fa現xian本ben質zhi原yuan因yin不bu是shi交jiao換huan通tong道dao，而er是shi和he兩liang個ge探tan頭tou的de線xian的de擺bai法fa有you關guan。兩liang根gen線xian的de位wei置zhi不bu一yi樣yang測ce試shi的de結jie果guo就jiu不bu一yi樣yang。

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。

綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)，我(wo)們(men)知(zhi)道(dao)，測(ce)量(liang)是(shi)科(ke)學(xue)

，也(ye)是(shi)一(yi)門(men)藝(yi)術(shu)。既(ji)需(xu)要(yao)理(li)論(lun)的(de)指(zhi)導(dao)
，也(ye)需(xu)要(yao)實(shi)踐(jian)經(jing)驗(yan)的(de)總(zong)結(jie)。總(zong)結(jie)了(le)經(jing)驗(yan)之(zhi)後(hou)，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)對(dui)測(ce)試(shi)規(gui)範(fan)做(zuo)更(geng)細(xi)致(zhi)的(de)描(miao)述(shu)，對(dui)於(yu)有(you)些(xie)測(ce)試(shi)指(zhi)標(biao)應(ying)重(zhong)新(xin)審(shen)視(shi)一(yi)下(xia)是(shi)否(fou)合(he)理(li)
，對(dui)於(yu)有(you)些(xie)測(ce)試(shi)指(zhi)標(biao)要(yao)詳(xiang)細(xi)定(ding)義(yi)測(ce)試(shi)的(de)環(huan)境(jing)和(he)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)設(she)置(zhi)等(deng)。對(dui)於(yu)電(dian)源(yuan)的(de)Vds電壓，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。