浮地測量中幾種測量方法優(yōu)缺點(diǎn)對比

采用IsolatedChannel?輸入結構的示波器，如TPS2000B或THS3000系列，提供了真正的、完整的通道到通道和通道到電源線(xiàn)隔離能力。每條通道相互單獨隔離，同時(shí)與其它非隔離器件隔離。

在使用IsolatedChannel?示波器進(jìn)行浮地測量時(shí)，必須使用專(zhuān)門(mén)設計的無(wú)源探頭，如TPP0201，進(jìn)行高達30 VRMS的浮地測量；或使用THP0301，進(jìn)行高達300 VRMS的浮地測量；或使用P5122/P5150探頭，進(jìn)行高達600 VRMS的浮地測量。與大多數傳統示波器使用的無(wú)源探頭不同，這些類(lèi)型的探頭在BNC連接上絕緣，防止發(fā)生觸電；參考引線(xiàn)是為耐受額定浮地電壓而設計的。

1. 優(yōu)點(diǎn)：

隔離輸入通道示波器為進(jìn)行浮地測量提供了一種安全可靠的方式。通道到通道隔離和通道到接地隔離的明顯好處是能夠同時(shí)觀(guān)察參考到不同電壓的多個(gè)信號。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠在不增加專(zhuān)用探頭成本或昂貴笨重的電壓隔離器的情況下實(shí)現這一點(diǎn)。通道到電源線(xiàn)隔離消除了信號源接地與示波器之間的路徑。

2.缺點(diǎn)：

與差分探頭不同，隔離輸入通道沒(méi)有提供均衡浮地測量。到接地的阻抗在尖端(+)輸入和參考(-)輸入之間是不同的。由于隔離通道的參考(-)輸入不象接地示波器那樣有默認的參考電平，因此必須把探頭的參考引線(xiàn)連接到DUT的參考點(diǎn)上。

由于沒(méi)有到接地的分路，因此熒光燈和大樓布線(xiàn)放射的工頻場(chǎng)可能會(huì )在示波器讀數上導致更多的基線(xiàn)噪聲。使用平均采集模式會(huì )減輕這種基線(xiàn)噪聲提高。

差分探頭測量

通過(guò)使用差分探頭系統，可以通過(guò)泰克TDS/DPO/MSO和大多數其它接地示波器進(jìn)行浮地測量。某些差分探頭(如P6246、P6247、P6248和P6330)是為幅度較低的快速信號優(yōu)化的。其它探頭(如P5200A、P5205A和P5210A)則處理速度較慢、電壓幅度較高的信號。ADA400A差分前置放大器即使在高噪聲環(huán)境中，仍能顯示低頻率、超低幅度的差分信號。

1. 優(yōu)點(diǎn)

差分探頭為調整接地示波器進(jìn)行浮地測量提供了一種安全的方法。除安全性?xún)?yōu)勢外，使用這些探頭可以改善測量質(zhì)量。差分探頭提供了均衡測量輸入電容，因此可以使用任意一條引線(xiàn)安全地探測電路中任何點(diǎn)。在比電壓隔離器更高的頻率上，差分探頭一般CMRR性能更好。

另一種優(yōu)點(diǎn)是全面利用示波器的多條通道，同時(shí)觀(guān)察多個(gè)信號，參考不同的電壓。

2. 缺點(diǎn)

探頭仍有一條到接地的電阻路徑，因此如果電路對泄漏電流靈敏，那么差分探頭可能并不是最佳的解決方案。

其它缺點(diǎn)包括增加了一層成本，具體視示波器功能，可能要求獨立的電源，這增加了成本和體積。在出廠(chǎng)時(shí)，必須手動(dòng)確定每種測量的增益和偏置特點(diǎn)。

電壓隔離器測量

顧名思義，隔離器在浮地輸入與參考地電平輸出之間沒(méi)有直接的電氣連接。信號通過(guò)光學(xué)或分路光學(xué)/變壓器手段耦合。

1.優(yōu)點(diǎn)

電壓隔離器為安全測量浮地電壓提供了一種手段，由于隔離器沒(méi)有到地的電阻路徑，因此對泄漏電流異常靈敏的應用來(lái)說(shuō)，它們是一個(gè)很好的選擇。

2.缺點(diǎn)

電壓隔離器增加了一層成本。必須使用單獨的電源和隔離放大器箱。在出廠(chǎng)時(shí)必須為每一項測量手動(dòng)確定增益和偏置特點(diǎn)。

“A - B”測量(偽差分測量)

“A - B”測量技術(shù)可以使用傳統示波器及無(wú)源電壓探頭，間接進(jìn)行浮地測量。一條通道測量“正”測試點(diǎn)，另一條通道測量“負”測試點(diǎn)。從第一個(gè)測量值中減去第二個(gè)測量值，去掉兩個(gè)測試點(diǎn)的公共電壓，以便觀(guān)察不能直接測量的浮地電壓。示波器通道必須設置成相同的伏特/格；探頭應與示波器配套，使共模抑制比達到最大。

1.優(yōu)點(diǎn)

使用“A - B”測量技術(shù)的優(yōu)勢在于，幾乎任何示波器和標配探頭都可以簡(jiǎn)便地完成這一點(diǎn)。記住，兩個(gè)測試點(diǎn)必須參考地電平。因此，如果任意一個(gè)測試點(diǎn)都是浮地的，或如果整個(gè)系統都是浮地的，那么不適用這種方法。

2.缺點(diǎn)

在進(jìn)行“A - B”測量時(shí)，要使用兩條示波器通道。這種技術(shù)的主要限制是共模范圍相當小，這源于示波器的垂直通道動(dòng)態(tài)范圍。一般來(lái)說(shuō)，其不到來(lái)自地電平的volts/division設置的10倍。在共模電壓大于差模電壓時(shí)，“A - B”測量技術(shù)可能會(huì )被認為是從兩個(gè)大電壓中提取小的差異。這種技術(shù)適合共模信號的幅度與差模信號相同或低于差模信號，且共模成分是DC或低頻，如50 Hz或60 Hz電源線(xiàn)的應用。在測量幅度適中的信號時(shí)，它從測量中有效消除了接地環(huán)路電壓。

“浮地”傳統接地示波器

使用不會(huì )把接地傳送到次級電路的隔離變壓器，或通過(guò)把示波器的AC市電電源線(xiàn)接地連接器，是一種常用的有風(fēng)險的示波器浮地測量方式。

“浮地”參考地電平示波器把所有可以接觸的相同電壓的金屬(包括機箱、機殼和連接器)作為探頭參考引線(xiàn)連接的測試點(diǎn)。

1.優(yōu)點(diǎn)

盡管浮地設備是一種利用現有設備進(jìn)行浮地測量，消除頻率較低的信號上接地環(huán)路的方法，但它是一種不安全的、危險的作法，不應采用這種方法。

2.缺點(diǎn)

不管是從示波器上的升壓角度(對操作人員可能會(huì )發(fā)生電擊)，還是由于地波器變壓器絕緣裝置上累積的應力，這種技術(shù)都是危險的。這種應力可能不會(huì )立即導致故障，但即使示波器恢復到正確接地操作，將來(lái)仍可能會(huì )導致發(fā)生危險故障(電擊和危險)。

在較高的頻率上，切斷接地可能不會(huì )中斷接地環(huán)路，因為電源線(xiàn)供電的儀器在接地以上浮地時(shí)會(huì )表現出大的寄生電容。振鈴可能會(huì )破壞浮地測量。浮地示波器沒(méi)有均衡輸入。參考一側(探頭上的“接地”夾)有一個(gè)明顯的到地電容。參考點(diǎn)連接的任何源阻抗將在快速共模跳變中加載，使信號發(fā)生衰減。更糟糕的是，高電容可能會(huì )損壞某些電路。連接逆電器上方門(mén)中共用的示波器可能會(huì )使門(mén)驅動(dòng)信號速度下降，防止被測器件關(guān)閉，防止破壞輸入橋接器。這種故障通常伴隨著(zhù)工作臺上出現小的火花。

另一個(gè)缺點(diǎn)是其一次只能進(jìn)行一項測量。記住，所有輸入參考都相互捆綁在一起。一旦浮地一個(gè)輸入參考，所有輸入參考現在都在同一水平上浮地。