在使用快速共模和隔離探頭進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量

快速共模信號(hào)測(cè)量

在這種情況下，我們使用一個(gè)小型電池振蕩器（基于 LTC6907），它連接到 Mosfet 的漏極，從而提供測(cè)量所需的共模電壓變化。該振蕩器板具有 SMB 輸出，但我們將把電纜直接焊接到板上以進(jìn)行此測(cè)試。差分測(cè)量是振蕩器的輸出，即 2V 電平信號(hào)，它與 Mosfet 的切換不同步。首先，我們使用與之前相同的 4 厘米長(zhǎng)的電線測(cè)量此信號(hào)。圖 2 顯示了原理圖和下降的漏極電壓（7ns 內(nèi) 200V）以及振蕩器輸出。示波器設(shè)置為持久模式，以便可以觀察到多次掃描。在 CH1 切換時(shí)，CH2 出現(xiàn)巨大的失真，那么發(fā)生了什么？光纖隔離探頭應(yīng)該可以消除共模電壓的貢獻(xiàn)，不是嗎？

圖 2. 振蕩器位于 MOSFET 漏極上方。CH1 是 200V 7ns 共模，CH2 是測(cè)量的振蕩器輸出，電纜長(zhǎng) 4 厘米。 圖片由 Bodo’s Power Systems提供

使用長(zhǎng)度為 1cm 而不是 4cm 的導(dǎo)線進(jìn)行相同測(cè)量會(huì)帶來(lái)一些改進(jìn)，但失真仍然太大。因此，我們可以使用振蕩器中的輸出 SMB 連接器，并將振蕩器直接連接到探頭。這可以實(shí)現(xiàn)的失真，如圖 3 所示。再次將示波器設(shè)置為持久模式，以便可以觀察到多個(gè)切換。該結(jié)果與光學(xué)探頭的 CMRR 非常接近：200V 7ns 的基頻為 50MHz，該頻率下的 CMRR 約為 67dB。200V 的衰減為 67dB，結(jié)果為 90mV。

圖 3. 振蕩器通過(guò) SMB 連接器連接到探頭。CH2 顯示失真幾乎可以忽略不計(jì)。 圖片由 Bodo’s Power Systems提供

實(shí)例

使用英飛凌 GaN 評(píng)估板在高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器（型號(hào) EVAL_1EDF_G1B_HB_GAN）上進(jìn)行快速測(cè)量。該板使用一對(duì) EiceDRIVER (1EDF5673K) 柵極驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng) GaN 晶體管 (IGOT60R070D1)。使用電阻負(fù)載來(lái)故意提高共模的開(kāi)關(guān)速度。測(cè)量結(jié)果符合預(yù)期。開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)的尖峰不是由于探頭的 CMRR 限制，而是由于高壓側(cè)晶體管中的 Crss 和 Ciss 產(chǎn)生的分壓器。請(qǐng)注意，同軸連接使這種快速測(cè)量不受振鈴影響，并且更加準(zhǔn)確。

圖 4.  1.5 MHz 開(kāi)關(guān)頻率下 GaN 驅(qū)動(dòng)器的高端柵極測(cè)量。示波器設(shè)置為平均模式以降低噪音。 圖片由 Bodo’s Power Systems提供

模擬

那么到底發(fā)生了什么？顯然，共模的引入對(duì)失真的影響遠(yuǎn)大于差分信號(hào)轉(zhuǎn)換速度。模擬使問(wèn)題更加清晰。關(guān)鍵參數(shù)是源阻抗、中心導(dǎo)體對(duì)地的寄生電容以及該導(dǎo)體在增加其串聯(lián)電感時(shí)的長(zhǎng)度。源電阻與電纜自感和寄生電容一起形成一個(gè)諧振電路，該電路由共模電壓擺幅供電。其中任何一個(gè)值越高，測(cè)量失真就越嚴(yán)重。源電阻通常由所討論的被測(cè)設(shè)備 (DUT) 給出，而電纜電感取決于所用電纜的長(zhǎng)度，而電纜長(zhǎng)度只能這么短。因此，在實(shí)踐中，減少輸出失真的方法是使用同軸電纜一直連接到 DUT 以消除存在的寄生電容。

結(jié)論

與差分探頭相比，光纖隔離探頭的 CMRR 有所改善，因此可以測(cè)量快速共模信號(hào)。但是，在測(cè)量設(shè)置中需要采取一些額外的預(yù)防措施；否則，CMRR 將被破壞。探頭同軸輸入中的中心導(dǎo)體需要受到保護(hù)，免受外部電場(chǎng)的影響，因此，盡量縮短未屏蔽同軸電纜中中心導(dǎo)體的長(zhǎng)度非常重要。