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測量低電壓（＜1V）/高電流（30-150A）電源的示波器輸出紋波和動態響應一直是一項挑戰，每種新設置都有自己的誤差。使用示波器“tip-and-barrel”方法或專用匹配阻抗的電壓檢測電纜解決了探頭引線接地引起的誤差。但是，即使使用最好的探測方法，也可能得到失真的輸出測量，尤其是在應用或去除動態負載時。我注意到兩個誤差來源：

• 由通過電壓探頭接地側到示波器接地的電流引起的接地環路和示波器的交流插頭接地連接。

• 當同時在同一示波器上測量多個信號時，示波器可能在多個點接地測試設置，從而在所有通道中產生誤差。當在同一臺示波器上同時顯示輸出電壓和輸出電流時尤其如此。

讓我們更深入地觀察第一個誤差源。如果示波器接地到與電源或輸出負載相同的建筑物接地線路，那么負載變化可以驅動示波器探頭接地外殼中的電流。該電流乘以外殼的阻抗將顯示為示波器本身的電壓，可能淹沒嘗試測量的實際紋波。這種接地外殼電流的其他來源包括具有噪聲的實驗室電源本身（甚至在靜態負載情況下）和外部信號發生器。

目前消除或減少接地外殼電流的方法有：

• 將交流電線纏繞環形鐵氧體幾圈后連接信號發生器。

• 將動態負載放置在測試板上，不使用外部電子負載。

其他選項包括使用電池供電的示波器或具有隔離輸入的示波器。

第二個誤差源示波器接地沖突問題不如第一個為人所知。這也是在使用示波器同時顯示輸出電壓和動態負載電流變化或多個輸出電壓時，電源動態負載響應測量失真的原因。測量多個低電壓，示波器接地將通過多個探頭連接到多個點的測試設置。實際示波器接地將是接地連接的“平均值”。

例如，如果電壓監測點和電流監測點的電源地之間的電壓差為+40mV，且兩個監測點的接地連接質量相似，則電壓監測點會出現+20mV的誤差，電流監測點出現-20mV的誤差。電流監視器通常具有幾百毫伏的信號，而計算機核心電源等低電壓應用允許的輸出電壓過沖/下沖為50mV或更低。

圖1是電源輸出測試設置的示例，圖中監測了輸出對大階躍負載的響應，而且示波器還監測著低電阻上的動態負載電流。我使用信號發生器獲得具有所需上升、下降時間和感應電壓的階躍負載，用50Ω電纜連接到J502。50Ω R527可抑制電纜上的任何反射。我使用tip-and-barrel方法用10x示波器探頭檢測R500上的電流。

圖1：測試設置

圖2顯示了在應用和去除59A脈沖負載時，同一臺示波器上的檢測電壓和檢測動態負載電流。

應用要求是，在負載階躍和負載突降情況下，V_OUT（圖1中示波器/ J502上的紅色曲線）保持在855-945mV范圍內。動態電流在接地的10mΩ電阻（圖1中的R500）上測量，是圖2中的綠色曲線。

  圖 2：連接到示波器時，具有動態電流檢測的2A至61A的階躍負載和負載突降響應

觀察圖2中顯示Vout的兩條紅色曲線通道，在施加負載階躍時電壓輸出下降到861mV，然后在較高負載下穩定在889mV。移除（突降）相同增加的負載時，在穩定在900mV之前，電壓輸出達到峰值940mV。因此，電壓輸出保持在855-945mV限制內，測試“通過”。觀察顯示10mΩ電流檢測電阻上電壓的三條綠色曲線通道，動態負載從0A增加到593mV/10mΩ（或59A），然后回到0A。

斷開電流檢測探頭與示波器的連接，輸出端顯示不同的電壓波形。參見圖3。

圖 3：電流檢測與示波器斷開時，相同動態響應的V_OUT

觀察圖3中顯示輸出電壓的兩條紅色曲線通道，在施加負載階躍時電壓輸出下降到863mV，然后在較高負載下穩定在896mV。移除（突降）相同增加的負載時，在穩定在900mV之前，電壓輸出達到峰值949mV。因此，輸出電壓高于945mV極限，測試“失敗”。

裝置外測試經驗

使用外接“負載slammer”進行測試，并嘗試監控主板上的輸出電壓和slammer上的動態負載，動態響應表現非常差。當從示波器中移除電流檢測連接后，我看到了良好的動態響應。在上述案例中，電流檢測連接造成了虛假的故障。

如果要在同一示波器上監測電流和電壓，則需要具有完全隔離輸入的示波器或檢測電阻在電壓紋波監測器正確接地的動態負載。對于第一個選項，您還需要兩組具有良好輸入隔離的差分探頭。

請關注即將發表的下一篇博客，該文將介紹采用動態負載測試接口的設計，無需差分探頭就可以同時監測電壓和動態電流。

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