使用快速共模和隔离探头进行浮动测量

快速共模信号测量

在这种情况下，我们使用一个小型电池振荡器（基于 LTC6907），它连接到 Mosfet 的漏极，从而提供测量所需的共模电压变化。该振荡器板具有 SMB 输出，但我们将把电缆直接焊接到板上以进行此测试。差分测量是振荡器的输出，即 2V 电平信号，它与 Mosfet 的切换不同步。首先，我们使用与之前相同的 4 厘米长的电线测量此信号。图 2 显示了原理图和下降的漏极电压（7ns 内 200V）以及振荡器输出。示波器设置为持久模式，以便可以观察到多次扫描。在 CH1 切换时，CH2 出现巨大的失真，那么发生了什么？光纤隔离探头应该可以消除共模电压的贡献，不是吗？

图 2. 振荡器位于 MOSFET 漏极上方。CH1 是 200V 7ns 共模，CH2 是测量的振荡器输出，电缆长 4 厘米。 图片由 Bodo’s Power Systems提供

使用长度为 1cm 而不是 4cm 的导线进行相同测量会带来一些改进，但失真仍然太大。因此，我们可以使用振荡器中的输出 SMB 连接器，并将振荡器直接连接到探头。这可以实现的失真，如图 3 所示。再次将示波器设置为持久模式，以便可以观察到多个切换。该结果与光学探头的 CMRR 非常接近：200V 7ns 的基频为 50MHz，该频率下的 CMRR 约为 67dB。200V 的衰减为 67dB，结果为 90mV。

图 3. 振荡器通过 SMB 连接器连接到探头。CH2 显示失真几乎可以忽略不计。 图片由 Bodo’s Power Systems提供

实例

使用英飞凌 GaN 评估板在高压侧驱动器（型号 EVAL_1EDF_G1B_HB_GAN）上进行快速测量。该板使用一对 EiceDRIVER (1EDF5673K) 栅极驱动器来驱动 GaN 晶体管 (IGOT60R070D1)。使用电阻负载来故意提高共模的开关速度。测量结果符合预期。开关转换时的尖峰不是由于探头的 CMRR 限制，而是由于高压侧晶体管中的 Crss 和 Ciss 产生的分压器。请注意，同轴连接使这种快速测量不受振铃影响，并且更加准确。

图 4.  1.5 MHz 开关频率下 GaN 驱动器的高端栅极测量。示波器设置为平均模式以降低噪音。 图片由 Bodo’s Power Systems提供

模拟

那么到底发生了什么？显然，共模的引入对失真的影响远大于差分信号转换速度。模拟使问题更加清晰。关键参数是源阻抗、中心导体对地的寄生电容以及该导体在增加其串联电感时的长度。源电阻与电缆自感和寄生电容一起形成一个谐振电路，该电路由共模电压摆幅供电。其中任何一个值越高，测量失真就越严重。源电阻通常由所讨论的被测设备 (DUT) 给出，而电缆电感取决于所用电缆的长度，而电缆长度只能这么短。因此，在实践中，减少输出失真的方法是使用同轴电缆一直连接到 DUT 以消除存在的寄生电容。

结论

与差分探头相比，光纤隔离探头的 CMRR 有所改善，因此可以测量快速共模信号。但是，在测量设置中需要采取一些额外的预防措施；否则，CMRR 将被破坏。探头同轴输入中的中心导体需要受到保护，免受外部电场的影响，因此，尽量缩短未屏蔽同轴电缆中中心导体的长度非常重要。