开关电源测试小诀窍——如何正确使用示波器

在FAE的日常工作中经常收到有用户反馈：明明系统已经正常运行，但是在测试量化波形数据时得到的结果却不尽人意，为何会产生如此出入呢？问题可能出在测试方法和测试设备的使用上！

在全面排查是否为系统产品的问题之前（工作量巨大、耗时耗力），我们必须先检查自己测试的环境、手段及方法，是否“测对了”？其中如何正确的选择示波器的测试方法尤为重要！

本文主要为大家阐述示波器的 三大关键指标及金升阳测试使用时谨遵的测试规范 及相关注意事项。

一、如何根据示波器的关键指标来选择合适的示波器

示波器作为常用的高精密测试仪器，它能够把肉眼看不见的电信号变换成可视图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器的正确使用至关重要，常有测试人员因参数设置错误导致“实测数据”与系统实际工作状态大相径庭，带来不必要的麻烦。

示波器三大关键指标： 带宽、采样率、存储深度。

1、带宽 ：指响应导致输出幅度下降到70.7%（-3dB）时的频率范围。

随高频功率开关、整流器技术的不断发展，电源工作频率的不断提高，目前市面上新兴的GaN MOSFET、SiC MOSFET和SiC肖特基整流管等功率开关，开通、关断时间不到5ns（开断频率超过200MHz），在工程测量过程中，为观察此类快速变化的信号，需要足够带宽的测量系统，带宽足够不仅是示波器的带宽，探头的带宽也要足够。

金升阳常用差分探头、示波器的带宽为100MHz，可以满足日常测试所需。 带宽越高，能采集到的被测信号高次谐波范围越广，被测信号失真越少，但探头的带宽并不是越大越好，带宽越高，引入的频率越多，进入噪声信号也越多，以 纹波噪声测试示波器需开启20MHz带宽限制进行测量为例，就对带宽进行了限制，同理当测试的低频信号噪声干扰过多时，也可在差分探头（5MHz）或示波器上开启带宽限制。

2、采样率： 指每秒钟可以采集的数据点个数，一般来说，示波器的采样率指标都是指示波器工作时能够达到的最高采样率。

存储深度=采样率×采样时间。 是指示波器在屏幕上显示一条波形时，其波形的数据个数，我们看到的示波器屏幕上显示的波形，是由很多采样点组成的，所有采样点的个数，就是存储深度。

存储深度对测量会有什么影响？我们给示波器加上一个频率为1KHz，幅值为2V的方波，用28M存储深度的示波器，截取14S的信号，此时采样率为2Msa/S放大2000倍，依然还是方波。

当用28K存储深度的示波器，截取14S的信号，此时采样率为2Ksa/S，放大2000倍，得到的波形失真。

从这个例子总结可知：相同采样时间，采样率越大，示波器的存储深度越大，保存的波形可以看到更多的细节。在测试时应确保自己的采样率足够，避免采样时间太长而导致波形失真。 一般示波器滚动状态下采集率最高可到达4MSa/s，触发模式下可达到更高。

以金升阳大功率机壳LMF1000-20Bxx产品应力调试波形为例：

金升阳研发调试及产品验测时通常采用的是4GSa/s高精度采集四通道示波器，真实展现产品高频信号及瞬态工作数据，能够全面地通过数据评估设计的可靠性。

二、示波器使用的注意事项

1、 示波器接入新的无源探头或插拔探头使用，必须校准，否则测试结果不准（纹波测试结果误差10mV以上）， 测量时需尽量使 探头地线短，探头补偿步骤如下：

①把探头连接到一条垂直通道，随后把探头尖端连接到示波器方波参考信号上；

②观察方波参考信号，调节补偿电容。调节方式可见下图

2、 示波器与探头需阻抗匹配。一般通用示波器在输入端有1MΩ（一般电路）和50Ω（高速电路）的可切换匹配电阻， 与探头正确的匹配以减少被测电路的负载效应影响。

3、 示波器电源线接地时，需 避免使用普通探头与由电力系统供电的产品直接相连，请使用 差分探头测试或使用 隔离变压给示波器供电，或者采用 浮地测量（无地线电源线连接示波器），避免地线杂讯干扰到真实数据（无源探头的负端地与示波器的电源PE是相通的）。具体对比可参考下图：

4、 EMC测试勿使用无源探头，需全部使用差分测量，以免示波器接地时测试产品PE浪涌引入浪涌信号到示波器导致示波器损坏或被测产品输出掉电（测试结果异常），浪涌测试仪供电线与示波器电源均接市电。

三、小结

金升阳在电源领域深耕二十余年，工程师秉承着严谨认真的工作态度，严格遵守 标准化的测试守则，提供准确、真实的产品性能数据，简化客户的产品开发和测试周期，综合提升系统的稳定性、安全性和可靠性，致力为各行业提供“无忧”电源。