示波器基础系列之九 —— 关于高压测试中电压“测不准”问

我们从仪器校准专业了解到，示波器在校准时，一般会把平坦度校准到+/-1.5%以内，这是比较严格的标准。这意味着，对于理想中的1V的正弦信号，测试的结果偏差15mv是很正常的。图三表示理想响应和实际的示波器响应之间的偏差。

图三 理想的响应和典型响应曲线之间的偏差

图四显示的是我们6GHz的幅频特性曲线。可以看出其最大偏差远小于+/-2dB。 示波器使用一段时间后平坦度会有些改变需要送校准机构进行校准。但通常很多第三方机构只能判断出幅频曲线是否合格，但并不能将平坦度校准到厂家能校准到的 水平。因此，现在常有些客户要求示波器原厂提供校准服务。如果比较两个不同品牌相同带宽的幅频特性，对于同一个频率点其幅值不可能是相等的。

　　　 　 图四 实际的幅频特性曲线图

3，环境噪声的干扰问题

干扰的传播有两个来源，一个是传导，一个是辐射。前者指干扰沿着导线介质来传播，后者是指通过空中的电磁场的耦合。这两个因素都会影响测试结果。

地环路常是传导的介质。在我做电源研发的时候,我 记得大家流行的一句口头禅是，接地和电流采样是永恒的话题。电流采样的难点也是和接地有关的，因为通过小电阻来采样电流后得到的电压非常小，在强电环境中 非常容易受到干扰，特别是地带来的干扰给控制环路的设计带来难题。“地”的问题是更复杂的话题，我的功底很难讲清楚，我只是讲一些这方面的“故事”吧。

专业的工业厂房的“大地”有很专业的接地措施。之前听公司的EMC专家讲起公司的厂房是如何做地的过程，让我当时深刻体会到“专业主义”真是无处不在。在google中 搜索“接地公司”会发现有很多这样的公司。记得我第一次对“地”有深刻印象是和导师一起去厂方做实验，导师拿着一根线跑了厂房外面十几米的地方将那根线埋 到满是泥的池塘里。因为当时觉得那个实验环境下厂房的地干扰太大。我常把“大地”比如成波澜不惊的大海，而每一个和大地连接的电子设备的地就如流向这大海 的无数条河流。每个电子设备在工作的时候就会使河流入海口的地方的海水变“混浊”，如果在这附近有另外一个电子设备也在工作，这条河流变混浊的海水会影响 到另外一个河流，这时候另外一个设备甚至可能不能正常工作。这种相互混浊的过程带来了一门科学，就是EMC。 我刚入职的时候听公司的大佬讲到，电源设计的最高境界是EMC设计和结构设计，当时没有很以为然，后来的研发实践和现在从事示波器的销售过程中，这种感受一天比一天强烈。河流的相互混浊即每个电子设备或实验单板的工作地相互干扰的现象比比皆是。我之前做3000W的AC-DC电源项目的时候，我犹记得每次做实验的时候，当我要将负载加到50A的电流的都会叫停同一个实验室中其他的同事停止工作，否则我的示波器上的波形非常糟糕，根本无法看清。功率越大，对地的干扰越大。记得当时做一个三相单极PFC的项目，为了能使THD在半载以上小于5%,我们只有每天早晨八点之前到公司做实验才能满足这个指标。（大功率的AC Source很贵，很难借到）

以上这些比方和故事会使我们深刻认识到地之间的相互干扰是必须要严肃对待的问题。在示波器的测量中，我们强调一定要三相供电，将示波器的地接到“干净的”地上。但实际的测量环境中，干净的地很难找到，这时候测量结果就要考虑到地环路的影响。 我看到很多客户将示波器的按地插头去掉，用两相电源线给示波器供电，试图通过这种方法来避免环境地的干扰以及解决悬浮的高压测试问题。这种浮地的方法是仪器厂家强烈反对的做法，它可能会导致示波器损坏，DUT损坏，还有可能带来人身安全问题,而且更重要的是，会导致测试波形的严重失真。以示波器的机壳作为参考点的测量能准确吗？ 一定要让示波器的地牢固地接到干净的地上，而地不干净的时候要想法设法找到干净的地接到示波器的地。地是探头取样的参考点，必须是干净的才能得到最准确的测量结果。

关于辐射，每个人都会有强烈感受。这是一个处处充满辐射的世界。辐射对测量的影响的故事也很多很多。

对于一个48V/50A的通信电源，业界要求输出电压的纹波峰峰值是100mV以内，这个指标是指将电源盖上机壳后的指标。盖机壳是最后做的事情，做一个项目先设计出单板，连机壳是什么样都不知道。这时候我们在测试中需要将示波器的带宽限制为20M。在不盖机壳测试为200mV的时候，老板说“盖上盖子就满足了，不用再折腾了。” 这就是经验，因为老板之前有比较过揭开盖子和盖上盖子的差别！ EMC似乎是关于经验的学问。

单 端探头的线差不多都有一米长，我们将这些线悬在空中和将这线尽可能地缩短然后用手握住，测试结果会有多大差别？这又是经验。在将负载增加的过程中，为了能 从示波器中看出信号的端倪，我不得不不断地折腾探头的线，一会松开线看看波形，一会又将线裹在一起握住看看波形。这种痛苦对于弱电的研发是感受没有那么强 烈的。