数字荧光示波器。方案、说明

数字荧光示波器。无线电电子电气工程百科全书

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电源电路测量的理想工具

近年来，需要在电源电路中进行功率测量的设计开发数量显着增加。此外，这些电路中“功率测量”的概念本身也发生了重大变化。其原因是开关电源的广泛使用，它已成为大多数现代电子设备（包括计算机以及许多家用电器）不可或缺的一部分。

直到最近，电源设计人员只需要确认他们开发的模块能够在给定的纹波水平下提供所需的电压和电流。如今，开发人员的任务变得更加复杂。现在，设计人员尤其有义务提供有关开关电源在电网中产生的干扰的功率电平和谐波成分的完整信息。他开发的设备的这些参数必须符合国家和国际电力网络电能质量标准的要求（例如美国标准IEEE 519-1992）。

为了有效地检查开发的器件是否符合这些标准，设计人员必须能够测量高速开关晶体管的输出信号、电压噪声、瞬时功率特性等设施。新型通用示波器——数字荧光示波器（DPO - 数字荧光示波器）可以大大简化此类测量。

这些仪器提供了测量功率所需的一切，包括实时显示功率变化、先进的触发功能以及用于使用各种探头（无源和有源、电流、差分）的智能接口。一些 DLO 包含 FFT（快速傅里叶变换）模块，这大大简化了信号的谐波分析。

比模拟好，比数字好……

由于研究电源特性时出现的任务变得更加复杂，模拟实时示波器 (RTOS) 和数字存储示波器 (DSO) 如今已不再足够有效。

DSO 允许您分析开关电源 (UPS) 中发生的过程。它们具有相当宽的带宽和发达的同步系统，并且可以对存储在存储器中的信号（例如瞬态）进行详细分析。然而，由于串行 DSO 架构的限制，相邻发射之间的时间足够长，可能会丢失重要的信号细节。此外，DSO 以相同的强度显示所有信号细节，这也导致不可避免的信息丢失。

至于 AOVR，它们可以完美地显示信号，即使快速更改也可以让您详细地再现它们。根据定义，AODS 在屏幕上提供图像强度的分级，反映某些信号分量出现的频率。不幸的是，这些示波器不存储信号，不允许您像 DSO 一样进行任何复杂的测量和分析信号。这就是设计人员在设计和调试 UPS 时被迫使用这两种设备的原因。

随着用于构建示波器的新架构的出现，解决了将 AOVR 和 DSO 的优点结合在一个设备（CLO）中的任务。它基于“数字荧光粉”技术，以数字方式模拟 AODS 图像强度的固有变化。换句话说，DSO 允许开发人员在屏幕上看到调制信号及其所有精细细节，就像 AODS 一样，同时提供存储、测量和分析，就像 DSO 一样。

使用 DLO 进行瞬时功率测量

开发 UPS 时，需要了解晶体管功率开关 (TSK) 的功耗瞬时值。正是了解了该参数，才可以选择 TSC（例如，图 1 电路中的强大 MOSFET），该 TSC 价格低廉，但可确保器件可靠运行。瞬时功率测量过程包括相应电路中脉冲电流的差分测量。这里必须使用差分探头，因为我们感兴趣的是 MOSFET 上的漏极至源极电压（图 1 中的 V ds），并且该晶体管的任何端子均未连接到公共导线。与大多数其他示波器一样，DSO 并不是为直接测量此类“浮动”高电压而设计的。 TDS3000 示波器的 TekProbe II 级 DLO 接口支持 P5205 差分探头和 TCP202 电流探头，可在宽带宽上进行极其精确的瞬时功率测量。

数字荧光示波器

在进行此类测量之前，必须均衡差分探头和电流探头通道中的延迟。该过程称为“偏移校正”。上述探头的信号延迟与 2 ns 精度相匹配，但其他探头和它们的其他组合可能不再提供这样的精度，并且必须进行“偏移校正”程序。这非常重要，因为即使电压和电流测量之间的时间差很小，也会导致瞬时功率值的测量产生很大的误差。

与其他现代数字示波器一样，DSO 具有存储器，特别是可以存储不同探头之间的延迟时间差值。 DLC根据测试信号进行测量，然后记录在DLC的存储器中。几乎所有 DSO 和 DSO 都具有自动设置功能，允许您在示波器屏幕上设置初始图像参数。自动考虑“偏移校正”过程的结果。

彩色液晶屏非常方便同时显示多个信号。例如，您可以为电压、电流和功率波形指定不同的颜色。得益于 TekProbe II 级智能接口，在这种情况下，数字信息将被准确读取和缩放，因此不需要对结果进行额外解释。

DSO（与许多 DSO 一样）能够对所研究的信号进行数学处理。因此，例如，有关瞬时功率值的信息只需将当前电压值“逐点”乘以相应的电流值即可获得。上图。图 2 显示了 DLC 屏幕上显示的测量电压和电流以及计算瞬时功率的结果。

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研究调制信号

DLC以可变强度显示信息的能力极大地方便了UPS的故障排除，特别是UPS输出电压调节电路中信号调制深度过大的确定。众所周知，调制过深会导致 UPS 不稳定。上图。图 3 显示了 UPS 输出电压控制环路中调制频率较低的区域中强度较低的信号。 DRO 增加了信号最常出现的图像区域的图像强度，这与模拟示波器类似。

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DSO 非常适合显示此类信号，因为它具有非常高的信号采集速率 - 比 DSO 快 50 倍以上。此外，数字荧光显示屏可以实时观察调制信号。

瞬态研究

使用 DLC 注册瞬态进程非常简单。它使用其边沿触发功能来设置斜率、电平、链接类型和触发延迟。如果 UPS 已集成到系统中，则将正在调查的 UPS“问题”波形与从系统中的测试点获取的信号进行同步会非常有用。特别是，这将允许识别系统和 UPS 中瞬态过程的同步性并建立它们的关系。

当然，UPS的直流输出电压必须是“干净的”并且没有瞬变。将称为“滚动”的信息显示与峰值信号检测相结合，使 DLC 能够检测慢速变化信号或 DC 上的短持续时间瞬态脉冲。 “滚动”时，图像从右向左缓慢“滚动”，类似于录音机的工作。峰值检测器检测信号中最短持续时间长达 1 ns 的尖峰，并更改扫描速率以详细研究它们。

谐波成分的研究

在设计UPS时，研究电源电路中信号的谐波分量是一项非常重要的任务。事实上，它们会在供电网络中产生干扰——来自 UPS 中的脉冲信号的奇次谐波。此外，当连接到网络（例如多台计算机）时，这些干扰可能会叠加并达到明显的水平。由于这些组件（干扰）会导致传输线和电源变压器中产生的热量增加，因此应将其最小化（例如，根据 IEC 555 和 IEC 10003-2）。为了解决这个问题，带有附加块的 CLO 是合适的。

例如，TDS3000 可以配备 FFT 模块，使示波器成为测量谐波失真的出色工具。在这种情况下，可以同时显示所研究的信号及其频谱成分。 FFT 可用于处理实时信号和存储信号。

显然，购买这样的设备比购买专门的谐波失真分析仪更具成本效益。此外，这使得开发人员可以使用他们已经熟悉的示波器，而不是新仪器。

测量信号谐波分量的过程并不比周期信号参数的传统测量复杂，因为它们是重复的周期脉冲序列，而不是瞬态信号。为了获得良好的分析分辨率，您需要在示波器屏幕上显示所研究信号的至少五个周期（见图 4）。

数字荧光示波器

用户可以设置线性或对数垂直刻度以及 FFT“窗口”的各种选项 - 矩形、Hamming、Hanning 和 Blackman-Harris。对于周期信号，汉明窗最合适。线性缩放通常用于功率测量。

测量结果的记录在设备设计中非常重要。 CLO（以及CSO）为此提供了充足的机会，这极大地促进了报告的准备。特殊的“硬拷贝”按钮允许您在喷墨或激光打印机（连接到 CLO 的标准并行端口）上打印图像。您还可以将其以各种格式保存到软盘，包括.BMP、.EPS、.TIF 等。

DSO：示波器技术的突破

数字荧光示波器不仅结合了模拟和数字仪器的最佳品质，而且还显着超越了它们。它具有 DSO 的所有优点（从数据存储到复杂的同步类型），同时提供 AODS 的特殊功能（对信号变化的即时响应和以可变亮度显示信号）。后者是通过数字荧光仿真实现的。

泰克全新 TDS3000 DSO 系列有六种型号的两通道和四通道示波器，带宽高达 500 MHz，设计紧凑、重量轻 (3,3 kg)，并且可选择自主运行电源。

作者：A.Matvienko，泰克市场开发经理，(095)494-51-58

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