示波器測量的一個常見小問題——不良接地時的電源幹擾

2020-12-01 電子產品世界

示波器操作人員有時會發現這樣一個現象:使用探頭探測信號時,被測信號上下跳動,波形不正常,如果使用餘暉顯示,則波形糊成一團,如下圖所示:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201701/337898.htm

通常這種情況下,測試人員會懷疑是觸發的問題,但當上下調節觸發電平時,波形位置會隨著觸發電平的變化:如觸發電平調高,則波形的位置上升,觸發電平調低,波形位置又降低,如下圖所示:

如果您在工作中也發現類似現象,則很大的可能是:您的測試存在接地不良的情況。更準確地說是:您測試系統的信號回流路徑過長。

我們都知道,從信號發送器流出的信號,都會最終流回發送器。單端信號的「地」是信號的回流路徑;而差分信號的回流路徑比較複雜一些,差分對的正負端是依靠公共的參考來回流的。所以在測試中,如果單端探頭的地線沒有有效連接;或差分探頭的正負端中的任何一端沒有有效連接,以及示波器的參考「地」沒有能和被測件的地連接,則通過探頭饋入示波器的信號就無法通過正常的路徑回流,而必須經過供電設備(如開關電源、電力網絡等)回流,因而受到供電設備的影響,從而可能出現上面幾幅圖的情況。

在上圖的例子中,當我們把時基增大到10mS/div的時候,看到如下圖形,發現信號有明顯的周期性,簡單地使用光標測量,發現周期為20ms左右,則可以大致確定信號受到了工頻的幹擾。在一些複雜幹擾的實例中,測試人員可以使用示波器的FFT工具來查找幹擾的來源,以確定是否是接地不良帶來的工頻幹擾或開關電源幹擾

發現問題以後,重新接好地線,波形恢復正常,原來這是一個10MHz左右的時鐘信號。問題解決,如下圖所示:


小結:這是一個測試中常見的小問題,有經驗的工程師都可以很容易地解決。就這個小問題,測試人員可以注意以下細節:

  • 使用探頭測試時,一定要注意信號回流路徑,如果發現波形上下跳動,就需要考慮接是否是接地線異常;
  • 信號回流路徑儘可能短;或者如果考慮地線和信號線形成的一個閉合面,這個面的面積需要儘可能小;
  • 測試準備工作中,單端探頭測試時可以使用接地線(帶鱷魚夾或香蕉頭的導線)將被測信號的參考點與示波器的外殼(也就是示波器的「地」)連接起來;差分探頭測試時應該將示波器和被測設備共地。如果示波器和被測設備使用同一個接地良好的電源插線板,則這一步一般可以省去。浮地測試等情況比較複雜,應具體情況具體分析;
  • 地線未能可靠連接或差分探頭一端懸空的情況在高壓、浮地測試中十分危險,應嚴格避免。即使在普通差分信號的測試中,如果差分探頭一端懸空,當被測信號的差模電壓+共模電壓超過了差分探頭的差模測試範圍,也可能損壞探頭;

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