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DIY示波器探头的噪声考虑

文章：马丁布朗

在自动设计的50Ω探针中，由于每个连接都会产生阻抗不连续性，因此需要考虑传输线对测量的影响。

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在硬开关的应用（即非谐振转换切换）中，其中半导体开关在其漏极上确定DV / DT时，开关速度通常小于10NSEC。这可以在电路内产生电压和电流尖峰，边缘等于或高于来自电源开关的边缘。

在自动设计的50Ω探针中，您必须考虑传输线对测量的影响。每种连接，无论是连接器连接还是焊接连接，都会在传输线模型内创建阻抗不连续性。这为信号（边缘）的高频分量产生了信号边缘反射的点。图6示出了代表性过渡线模型。

图6：对于N：1电压探头，您需要一个传输线等效模型。

N：150Ω电压探头的性能比仅仅两个电阻器更复杂。信号的高频分量在传输线模型内看到反应元件，并被其元素放大和反射。

屏蔽基本上在中心导体周围形成法拉第气缸，其中没有外部EM场渗透。在图1中。如图6所示，目标源处的非屏蔽引线的长度易于EM噪声能量（NS），并且不是“真实”信号的一部分。该噪声增加了实际信号，只能通过减小感测引线（以及任何附加PCB迹线长度）来减少长度。

一旦信号进入同轴电缆，情况就会成为传输线问题。这里，信号通过电缆行进，在光速的大约0.67倍的速度下。当信号遇到诸如连接器的阻抗不连续性时，信号的一部分反射回源。反射信号还总结到输入信号中。它看起来是倒边，并在一次方向行程延迟的两倍。现在问题是“信号的哪个部分是真实的，并且在传输线效应上概括了哪个部分？”

为了减少传输线效果，您可以抑制电缆成分。这被称为补偿，通常通过在BNC连接器信号到地连接上添加串联RC网络（如图6中也看到）来完成。它的意图是为了使同轴电缆呈现的无功阻抗。这将减少总结到实际信号中的寄生诱导的信号。不幸的是，没有价格没有任何东西，因为它会减少探头的带宽。通过运营商的审美偏好是多少。图7A显示了在PFC转换器内的高性能超结MOSFET的漏极上的未补偿的1,000：150Ω电压探头的示波器图。图7B示出了来自补偿探针的波形。

图7A：示波器图1000：150Ω电压探头，无需补偿振铃。

图7B：用10Ω电阻和470pf电容补偿减少振铃。

当我们比较漏极信号的相对上升时间和下降时间（图8A）时，您可以看到开关速度的略微降低（图8B）。

图8A：未补偿的1000：150Ω电压探头显示振铃，边缘延迟和反射。

图8B：具有10Ω电阻和470PF电容的补偿探头显示了更清洁的波形。

在图1中。在图8A中，前缘尖峰和振铃是可怕的，但是它是关闭电压施用电压（TRV）的最准确的视图。它还显示了反思的证据，即在领先的尖峰后面。图8B是具有补偿的相同探头。波形更美观地是可接受的。它衰减振铃，但也减慢了旋转时间（它仍然比市售的探针更好）。因此，您应该使用对所有上升和下降时间（DV / DT）测量和补偿探头来使用未补偿的探头，以及所有其他电源观测的补偿探头。

补偿效果

您可以尝试通过尝试模拟探测系统来分配用于补偿录音带R和C的值。这意味着尝试定义未定义。最终，您只需坐在替补席上并手动将最终值调整为定性“最佳”解决方案。这样的工作可能是乏味的，特别是在使用小型PCB和表面贴装部分时，您必须用每个电路改变手动不亮的PCB和焊接到PCB中。

有许多R和C值组合导致类似的结果。来自更多经验丰富的工程师的一些提示和观察可能会帮助您。

不要重新发明轮子。50Ω探头在施工中非常相似，以商业购买的探针非常相似。从大公司使用的R＆C补偿值开始。
较大的电容器将慢速显示所显示的上升和下降时间（BW），并将降低反射信号的谐振频率。
电阻会影响反射信号的阻尼量 - 到一个点。过高的电阻值倾向于将来自Cox电缆的分布式LS和CS的补偿电容隔离。这在图9中示出。

图9：使用RC电路补偿探头将抑制输出。

根据我的经验，最佳电阻值范围似乎为10Ω至47Ω。高于此范围的值似乎增加了信号上谐振尖峰的幅度。该行业似乎使用大约470pf的电容值。这是一个很好的起点。安装了补偿电阻，请在此值下方和高于此值的电容值。您希望确定将产生所需结果的电容的最小值。较高的电容值将减缓上升和下降时间以及实际信号的峰值幅度。470pf至680pf之间的电容值似乎导致合理的补偿波形。