示波器执行功率测量的秘诀
? 尽量扩大测量动态范围
01.通过计算平均值提高测量分辨率
02.利用高分辨率采集提高测量分辨率
03.使用交流耦合去除直流偏置
04.使用示波器和探头限制带宽
? 选择优化信号完整性的探测方法
01.使用差分探头进行安全且的浮置测量
02.不要选择耦合辐射功率的探测附件
03.选择避开示波器灵敏设置的探头
NO.1 通过计算机平均值提高测量分辨率
在某些功率测量应用中，您需要测量较大的动态范围值和精细的分辨率，以测量参数中的微小变化。除了高分辨率数字转换器，您还可以使用其他采集方法来降低随机噪声并增加测量的有效动态范围，例如平均计算和高分辨率采集。求平均值法要求测量信号必须是重复信号。该算法计算在每个时间段内多次收集的点的平均值。这减少了随机噪音，并为您提供更高的垂直分辨率。
垂直分辨率每增加一位，需要计算多少平均值？答案是每计算 4 个采样平均值，便可将垂直分辨率增加 1 位。原理如下：
增加的位数 = 0.5 log2 N
N = 计算平均值的采样数
例如，对 16 个采样求平均值，垂直分辨率将增加：
位数 = 0.5 log2 16 = 2
因此，有效垂直分辨率为 8 + 2 = 10 位。
这种算法可将垂直分辨率提高到 12 位，因为再继续下去，其他因数( 例如示波器的垂直增益或偏置) 将起到决定性作用。平均值模式的优点是，对示波器的实时带宽没有任何限制。缺点是仅适用于重复信号，并且会降低波形更新速率。
【正常采集模式下捕获的开关电源 Vds】
【正常平均模式下捕获的 Vds】
降低噪声的第二种方法是高分辨率模式，它不要求被测信号必须是重复信号。像Keysight InfiniiVision 3000 X系列这样的现代示波器可以在正常采集模式下提供8位垂直分辨率 (类似于大多数其他数字示波器)。但是，与平均模式一样，高分辨率模式只能实现12位的垂直分辨率。
高分辨率模式是对同时收集的连续点进行平均，而不是对在一定时间内多次收集的点进行平均。在高分辨率模式下，您不能像在平均模式下那样直接控制平均数。垂直分辨率增加的位数由示波器的时间/格设置决定。
在较慢的时基范围内工作时，示波器连续过滤连续的数据点，并在显示屏上显示过滤结果。增加屏幕上数据的存储深度也将增加用于平均计算的点数。在高分辨率模式下，扫描速度越快，屏幕上捕获的点数越少，因此效果越差。相反，扫描速度越慢，在屏幕上捕获的点越多，效果越显著。
如果你关注的是信号的纹波，你可能不会注意到它的DC偏差。通常，与电源电压相比，纹波和噪声非常小。如果你使用示波器的动态范围来定量测量这个偏移，当你遇到较小的信号细节时，你可能无法进行深入分析。将示波器的耦合设置为 “交流” 可以消除测量结果中的直流偏压，从而限度地提高测量的线性度和动态范围。
【在高分辨率模式下捕获的 Vds】
NO.4 使用示波器和探头限制带宽
虽然这种降低噪声和增加动态范围的方法简单，但经常被忽略。功率信号的内容通常远低于示波器的标称带宽 (kHz至数十兆赫)。超额带宽不会传输任何信号信息，这只会给测量带来额外的噪声。
大多数示波器使用专用的硬件滤波器来解决这个问题 -- 通常是20到25MHz的低通滤波器。硬件滤波器与软件滤波器相比的一个优点是它不影响示波器的更新速率。
另一个解决方案是使用探针来限制带宽。测量链的带宽受其弱环节的限制。这个500MHz的示波器配备了一个10MHz的探头，它的带宽将是10MHz。它提供各种无源和有源电流和差分探头，并且始终有一个带宽适合您的特定测量的探头。
示波器探头上的接地引线通过BNC连接器的外壳连接到机箱。出于安全原因，示波器的机箱通过电源线的接地插头连接到接地基准。示波器和电源之间的不同接地模式可能相互冲突。许多要测量的信号是基于电势而不是接地 (浮动)。电源设计人员使用各种方法来克服这种测量限制。
常见的方法是通过切断电源线的保护接地插头或在电源线中使用隔离变压器来 “浮置” (隔离) 示波器。这种方法非常危险，因为它可能在示波器外壳上形成高电压。此外，使用浮动示波器进行测量可能会导致测量结果不准确。测量浮动功率信号的另一种方法是使用两个单端电压探头进行测量，然后利用通道A的测量结果减去通道B的测量结果，得到浮动功率信号。两个输入通道和探针用于测量感兴趣的信号节点。然后，利用示波器上的波形操作函数减去两个通道上的电信号，得到差分信号的轨迹。这种方法相对安全，因为示波器总是接地的。然而，当共模信号相对较小时，此时使用的两个探头的输入通道之间的增益将不匹配，因此共模抑制相对较低，它小于20dB(10:1)，因此，测量受到一定程度的限制。
为了安全准确地进行浮动测量，好使用差分探头或差分放大器。差分探头提供高共模抑制比，通常达到80 dB或10,000:1甚至更高，因此您可以以合适的和高灵敏度测量大型共模信号掩蔽。下面的小差分信号。使用具有足够动态范围和带宽的差分探头来满足应用要求，可以实现安全准确的浮动测量。
小心选择探头附件。通用无源探头通常提供标准配置的15厘米长接地引线和粘钩探头。这两个附件可以检测电源或其他设备产生的噪声。此外，长时间的接地连接通常会产生感应负载，这增加了被测信号的振铃。
反之，较小的探针、较短的接地连接――例如使用电路板上的 BNC 适配器或卡口式接地引线――可以显著减少探测到的噪声。其原理是通过尽量减少连接匝数，以及降低电感负载，来减少噪声。
如果测量电源的纹波和噪声幅度，则可能需要使用敏感或接近示波器敏感的V/网格设置。这只是放大器性能范围的边缘。尽管测试仪器可能在技术指标范围内工作，但实际测量效果可能不如其 “基本” 性能好。
在这种情况下，您应考虑使用 1:1 探头，而不是使用仪器标配的 10:1 无源探头。若使用 10:1 探头，不仅示波器的基线本底噪声会增加 10 倍，而且示波器的 V/ 格设置也会比使用 1:1 探头时大 10 倍。这会导致信噪比降低，从而使测量的动态范围缩小。使用衰减比较小的探头，只要测量的信号不超过示波器的输入电压，就可以获得出色的信号完整性。
小总结：
掌握了这七个小秘诀，功率测量很轻松。从机器本身到测试附件的解决办法这里都有，跃跃欲试的小伙伴们赶快行动起来！