【導讀】在這種情況下,我們使用一個小型電池振蕩器(基于 LTC6907),它連接到 Mosfet 的漏極,從而提供測量所需的共模電壓變化。該振蕩器板具有 SMB 輸出,但我們將把電纜直接焊接到板上以進行此測試。差分測量是振蕩器的輸出,即 2V 電平信號,它與 Mosfet 的切換不同步。首先,我們使用與之前相同的 4 厘米長的電線測量此信號。
快速共模信號測量
在這種情況下,我們使用一個小型電池振蕩器(基于 LTC6907),它連接到 Mosfet 的漏極,從而提供測量所需的共模電壓變化。該振蕩器板具有 SMB 輸出,但我們將把電纜直接焊接到板上以進行此測試。差分測量是振蕩器的輸出,即 2V 電平信號,它與 Mosfet 的切換不同步。首先,我們使用與之前相同的 4 厘米長的電線測量此信號。圖 2 顯示了原理圖和下降的漏極電壓(7ns 內 200V)以及振蕩器輸出。示波器設置為持久模式,以便可以觀察到多次掃描。在 CH1 切換時,CH2 出現巨大的失真,那么發生了什么?光纖隔離探頭應該可以消除共模電壓的貢獻,不是嗎?
圖 2. 振蕩器位于 MOSFET 漏極上方。CH1 是 200V 7ns 共模,CH2 是測量的振蕩器輸出,電纜長 4 厘米。 圖片由 Bodo’s Power Systems提供
使用長度為 1cm 而不是 4cm 的導線進行相同測量會帶來一些改進,但失真仍然太大。因此,我們可以使用振蕩器中的輸出 SMB 連接器,并將振蕩器直接連接到探頭。這可以實現的失真,如圖 3 所示。再次將示波器設置為持久模式,以便可以觀察到多個切換。該結果與光學探頭的 CMRR 非常接近:200V 7ns 的基頻為 50MHz,該頻率下的 CMRR 約為 67dB。200V 的衰減為 67dB,結果為 90mV。
圖 3. 振蕩器通過 SMB 連接器連接到探頭。CH2 顯示失真幾乎可以忽略不計。 圖片由 Bodo’s Power Systems提供
實例
使用英飛凌 GaN 評估板在高壓側驅動器(型號 EVAL_1EDF_G1B_HB_GAN)上進行快速測量。該板使用一對 EiceDRIVER (1EDF5673K) 柵極驅動器來驅動 GaN 晶體管 (IGOT60R070D1)。使用電阻負載來故意提高共模的開關速度。測量結果符合預期。開關轉換時的尖峰不是由于探頭的 CMRR 限制,而是由于高壓側晶體管中的 Crss 和 Ciss 產生的分壓器。請注意,同軸連接使這種快速測量不受振鈴影響,并且更加準確。
圖 4. 1.5 MHz 開關頻率下 GaN 驅動器的高端柵極測量。示波器設置為平均模式以降低噪音。 圖片由 Bodo’s Power Systems提供
模擬
那么到底發生了什么?顯然,共模的引入對失真的影響遠大于差分信號轉換速度。模擬使問題更加清晰。關鍵參數是源阻抗、中心導體對地的寄生電容以及該導體在增加其串聯電感時的長度。源電阻與電纜自感和寄生電容一起形成一個諧振電路,該電路由共模電壓擺幅供電。其中任何一個值越高,測量失真就越嚴重。源電阻通常由所討論的被測設備 (DUT) 給出,而電纜電感取決于所用電纜的長度,而電纜長度只能這么短。因此,在實踐中,減少輸出失真的方法是使用同軸電纜一直連接到 DUT 以消除存在的寄生電容。
結論
與差分探頭相比,光纖隔離探頭的 CMRR 有所改善,因此可以測量快速共模信號。但是,在測量設置中需要采取一些額外的預防措施;否則,CMRR 將被破壞。探頭同軸輸入中的中心導體需要受到保護,免受外部電場的影響,因此,盡量縮短未屏蔽同軸電纜中中心導體的長度非常重要。
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