數(shù)字存儲示波器加快電源設(shè)計的驗證與測試

電源 MOSFET、穩(wěn)壓器、控制電路的進(jìn)步使開關(guān)電源變得更小，并使功率密度超過 1 W/in3，而效率則超過 90%。產(chǎn)品壽命周期正在迅速縮短，競爭則變得更嚴(yán)酷。當(dāng)各種設(shè)計彼此相似時，更短的上市時間或生產(chǎn)周期能起到制勝作用。利用數(shù)字示波器獨(dú)特的特性，工程師現(xiàn)在可以在相當(dāng)程度上縮短電源測試時間。

數(shù)字存儲示波器 (DSO) 獲取數(shù)字序列形式的波形，由此促成了許多復(fù)雜計算的自動化。對電源測試有用的 DSO 屬性包括：

DSO 能在多達(dá) 4 條通道上同步記錄單次出現(xiàn)的現(xiàn)象，例如通電、斷電或失效狀況。

幾乎所有 DSO 都能自動計算脈沖參數(shù)，并執(zhí)行基本的波形數(shù)學(xué)運(yùn)算（求和、差、積、比率）。多數(shù) DSO 還能執(zhí)行更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，包括積分、微分、指數(shù)函數(shù)和對數(shù)計算、擴(kuò)展平均、數(shù)字濾波，以及確定極值和 FFT（ 快速傅立葉變換）。

除了能存儲基準(zhǔn)波形的內(nèi)部硬盤驅(qū)動器以外，多數(shù) DSO 還允許使用外部存儲設(shè)備，目前通常是兼容 USB 的記憶棒的形式。因此，用戶能把波形作為圖形文件保存起來，并創(chuàng)建高質(zhì)量的硬拷貝。

DSO 提供多種觸發(fā)能力。它們能在出現(xiàn)故障狀況時觸發(fā)，并使用戶能查看觸發(fā)前的數(shù)據(jù)，以便了解導(dǎo)致故障的狀況。

多數(shù) DSO 都把儀器設(shè)置保存在非易失存儲器中。用戶能輕松通過人工或在電腦控制之下重新調(diào)用這些設(shè)置。預(yù)先定義的設(shè)置可以是全自動（或半自動）測試序列的一部分，因此無需耗時的人工調(diào)節(jié)。

DSO 一般提供幾類自動“合格或不合格”測試。用戶可以定義一個掩模波形，并規(guī)定任何輸入波形必須被包含在該掩模之內(nèi)。用戶也可以選擇一組波形參數(shù)，示波器針對預(yù)先確定的限度進(jìn)行自動計算并比較。如果波形或參數(shù)落在預(yù)期限度之外，則示波器可以采取幾種行動，包括凍結(jié)顯示畫面、保存或打印異常波形副本、向有關(guān)工程師發(fā)送電子郵件或即時消息，或者發(fā)聲音警報。DSO 還可以對合格或不合格事件的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤。

圖1 顯示了某種多電壓電源中的通電瞬變。對所有這類瞬變的同時監(jiān)視可用來核實(shí)任何相位移動是否在可接受限度內(nèi)。事實(shí)上，任何電壓失衡都可能損壞負(fù)載電路。您還可以自動計算開關(guān)時間，如圖1所示。

這是一次保持

保持時間是在失去交流電源之后，在滿負(fù)載狀態(tài)下，輸出電壓保持穩(wěn)定的時間。數(shù)字示波器之所以是測量保持時間的理想儀器，是因為它同時具有強(qiáng)大的觸發(fā)系統(tǒng)和單次記錄能力。（這項任務(wù)通常需要一臺具有大容量存儲器的示波器。）一些制造商把觸發(fā)條件稱作“瞬斷觸發(fā)”。當(dāng)交流線路上的脈沖列消失時間超過規(guī)定的時間長度時，示波器就會觸發(fā)。

在通電時，電源吸收的輸入電流表現(xiàn)出的尖峰不應(yīng)該超過允許的最大輸入電流。示波器使用一個雙斜率觸發(fā)器。換句話說，倘若脈沖振幅超過 0.5V，則示波器將對輸入脈沖的任何一個斜率在 1 號通道上觸發(fā)。示波器能用兩種方式自動測試?yán)擞侩娏?。它能計算電流峰值并核?shí)它是否小于預(yù)設(shè)限度，或者能把全部電流波形與基準(zhǔn)掩模比較（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn) pr ETS 300 132 這樣要求）。如果測試不合格，即如果浪涌電流超過設(shè)置的限度，則可能采取幾項行動。

示波器能通過記錄電源輸入端的電壓和電流波形來計算功率，從而糾正任何由不同的電流和電壓探頭長度引起的時序移位。示波器然后必須逐點(diǎn)對波形做乘法，來提供輸入功率波形，它從該波形能自動計算平均（直流）值。輸出功率（也是直流值）與平均輸入功率之比就是電源效率。

DSO 能對電源的高頻開關(guān)噪聲做單次測量，并能計算波形的 FFT。對輸出噪聲的頻率分析能提供關(guān)于噪聲起源的寶貴信息。

在開關(guān)電源中，開關(guān)晶體管經(jīng)常是承受壓力最大的元件，務(wù)必要核實(shí)它們的工作點(diǎn)位于安全工作區(qū)域內(nèi)。漏極至源極電壓跡線與源極電流跡線的乘積表明了晶體管內(nèi)部的功耗。您也可以完全自動執(zhí)行安全工作區(qū)域測試。通過選擇峰峰參數(shù)并把它應(yīng)用到功耗跡線，用戶就能規(guī)定最大峰峰功率。如果測試不合格，則示波器能停止采集，打印出不合格波形，或把它保存在存儲器中，并發(fā)出蜂鳴或用其它方式通知用戶。在另一種自動測試方法中，用戶簡單地獲得采集的波形并規(guī)定預(yù)期公差。當(dāng)測試啟動時，示波器核實(shí)所有輸入波形是否落在掩模內(nèi)。如果不合格，則示波器可以采取上述的任何行動。