No trabalho diário da FAE, frequentemente recebemos feedback dos usuários de que, embora o sistema já esteja funcionando normalmente, os resultados obtidos ao testar os dados quantificados da forma de onda não são satisfatórios. Por que existe tal discrepância? O problema pode estar no uso de métodos e equipamentos de teste!
Antes de conduzir uma investigação abrangente sobre se é um problema de produto do sistema (com uma enorme carga de trabalho, demorada e trabalhosa), devemos primeiro verificar o ambiente de teste, métodos e métodos para ver se foram "testados corretamente" ? Como escolher o método de teste correto é particularmente importante!
Ⅰ.Como selecionar um osciloscópio adequado com base em seus principais indicadores
Como um instrumento de teste de alta precisão comumente usado, o osciloscópio pode transformar sinais elétricos invisíveis em sinais visíveis.
imagens, tornando mais fácil para as pessoas estudarem o processo de mudança de vários fenômenos elétricos. O uso correto de um osciloscópio é crucial, pois os testadores muitas vezes enfrentam problemas desnecessários devido a configurações incorretas de parâmetros que resultam em "dados medidos" significativamente diferentes do estado real de funcionamento do sistema.
Os três principais indicadores de um osciloscópio são largura de banda, taxa de amostragem e profundidade de armazenamento.
1. Largura de banda: refere-se à faixa de frequência quando a resposta faz com que a amplitude de saída diminua para 70,7% (-3dB).
Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de interruptores e retificadores de alta frequência e a melhoria contínua da frequência de operação da fonte de alimentação, os interruptores de energia atuais no mercado, como GaN MOSFETs, SiC MOSFETs e tubos retificadores SiC Schottky, têm um on / tempo de desligamento inferior a 5ns (com uma frequência de desligamento superior a 200MHz). No processo de medição de engenharia, para observar esses sinais que mudam rapidamente, é necessário um sistema de medição com largura de banda suficiente, que não seja apenas a largura de banda do osciloscópio. A largura de banda da ponta de prova também deve ser suficiente.
A largura de banda das pontas de prova diferenciais e osciloscópios comumente usados é de 100 MHz, o que pode atender às necessidades de testes diários.
Quanto maior a largura de banda, maior será a faixa de harmônicos de ordem superior do sinal medido que pode ser coletada e menor será a distorção do sinal medido. No entanto, a largura de banda da sonda não é necessariamente melhor. Quanto maior a largura de banda, mais frequências são introduzidas e mais sinais de ruído entram. Tomando como exemplo o osciloscópio de teste de ruído de ondulação, o limite de largura de banda de 20 MHz precisa ser habilitado para medição, o que limita a largura de banda. Da mesma forma, quando há muita interferência de ruído no sinal de baixa frequência que está sendo testado, a limitação de largura de banda também pode ser habilitada em pontas de prova diferenciais (5MHz) ou osciloscópios.
2. Taxa de amostragem: Refere-se ao número de pontos de dados que podem ser coletados por segundo. De modo geral, o indicador de taxa de amostragem de um osciloscópio refere-se à taxa de amostragem mais alta que pode ser alcançada durante a operação. Profundidade de armazenamento = taxa de amostragem × tempo de amostragem. Quando um osciloscópio exibe uma forma de onda na tela, ela se refere ao número de
dados de forma de onda. A forma de onda exibida na tela do osciloscópio é composta por muitos pontos de amostragem, e o número de todos os pontos de amostragem é a profundidade de armazenamento.
Qual é o impacto da profundidade de armazenamento na medição? Adicionamos uma onda quadrada com frequência de 1KHz e amplitude de 2V ao osciloscópio e usamos um osciloscópio de profundidade de armazenamento de 28M para interceptar um sinal 14S. Neste momento, a taxa de amostragem é de 2Msa/S e a amplificação é de 2.000 vezes, mas ainda é uma onda quadrada.
Ao usar um osciloscópio de profundidade de armazenamento de 28K para interceptar um sinal 14S, a taxa de amostragem é 2Ksa/S e a amplificação é 2.000 vezes, a forma de onda resultante é distorcida.
A partir deste exemplo, pode-se concluir que com o mesmo tempo de amostragem, quanto maior a taxa de amostragem, mais profunda será a profundidade de armazenamento do osciloscópio e mais detalhes poderão ser vistos na forma de onda salva. Durante o teste, certifique-se de que sua taxa de amostragem seja suficiente para evitar distorção da forma de onda causada por longos tempos de amostragem. A taxa máxima de aquisição de um osciloscópio geral pode chegar a 4MSA/s no modo de rolamento e ainda maior no modo de disparo.
Tomando a forma de onda de depuração de tensão do produto LMF1000-20Bxx de caixa de alta potência como exemplo:
Ao desenvolver, depurar e testar produtos, geralmente é usado um osciloscópio de quatro canais de aquisição de alta precisão 4GSa/s, que realmente exibe os sinais de alta frequência e dados de trabalho transitórios do produto, e pode avaliar de forma abrangente a confiabilidade do projeto através dados.
Ⅱ. Precauções ao usar osciloscópios
1. O osciloscópio deve ser calibrado quando conectado a uma nova ponta de prova passiva ou inserida ou desconectada para uso, caso contrário, os resultados do teste podem não ser precisos (resultados do teste de ondulação com um erro de mais de 10mV). Durante a medição, o fio terra da sonda deve ser mantido o mais curto possível. As etapas de compensação para a sonda são as seguintes:
Conecte a ponta de prova a um canal vertical e, em seguida, conecte a ponta da ponta de prova ao sinal de referência de onda quadrada do osciloscópio;
Observe o sinal de referência de onda quadrada e ajuste a capacitância de compensação. O método de ajuste pode ser visto em
a figura a seguir;
2. O osciloscópio e a ponta de prova precisam ter impedância compatível. Um osciloscópio geral possui um resistor comutável de 1M Ω (circuito geral) e 50 Ω (circuito de alta velocidade) na extremidade de entrada, que é corretamente combinado com a ponta de prova para reduzir o impacto do efeito de carga do circuito testado.
3. Ao aterrar o cabo de alimentação do osciloscópio, é necessário evitar o uso de uma ponta de prova comum para conectar diretamente aos produtos alimentados pelo sistema de alimentação. Use uma ponta de prova diferencial para testar ou use um transformador de isolamento para alimentar o osciloscópio, ou use uma medição de aterramento flutuante (sem um cabo de alimentação de fio terra conectando o osciloscópio) para evitar interferência de ruído do fio terra dos dados reais (o terminal negativo do sonda passiva está conectada ao
potência PE do osciloscópio). Para comparação específica, consulte a figura a seguir:
4. Não use pontas de prova passivas para testes de EMC, todas as medições diferenciais devem ser usadas para evitar que surtos de PE introduzam sinais de surto no osciloscópio quando o osciloscópio estiver aterrado, resultando em danos ao osciloscópio ou perda de energia da saída do produto testado (anormal Resultado dos testes). A linha de alimentação do testador de surto e a fonte de alimentação do osciloscópio devem ser conectadas
o energia elétrica.
