如何使用TLP058逻辑探头测试三态PWM信号

引言

随着AI算力需求快速增长，服务器电源板的输出功率和供电电流持续提升。为了满足GPU、CPU等大电流负载的供电需求，在DC/DC到负载侧的电源转换阶段，电源工程师通常采用“多相控制器 + 智能功率级（DrMOS）”的架构，以实现更高的输出电流能力、更好的热分布以及更优的瞬态响应。随着多相电源的相数增加至8相、16相甚至更多，多相控制器输出的三态PWM信号数量也随之增加。如果仍采用传统测试方式，例如使用普通无源电压探头逐路测量三态PWM电压波形，示波器模拟通道数量将很快不足。工程师不得不分批观察不同相位的PWM波形，这不仅降低测试效率，也不利于同时分析多相之间的时序关系。

本文介绍一种使用TLP058逻辑探头测试三态PWM信号的方法。该方法通过在同一条PWM信号上设置不同逻辑判定阈值，并结合示波器的总线与数学运算功能重构三态PWM波形，可显著提高单次可同时观察的PWM信号数量，从而提升多相电源调试与验证的效率。

为什么多相电源设计需要观察三态PWM信号？

在多相电源设计中，尤其是在12V或6V中间母线降压至CPU/GPU核心电压等低压大电流负载的场景中，常见架构是由多相控制器驱动多个智能功率级（DrMOS）。多相控制器通过向各相DrMOS发送 PWM 控制信号，控制其内部高边MOSFET与低边MOSFET的开通和关断，如图1所示。在许多DrMOS应用中，PWM信号并不只是简单的高、低两种状态，而是包含High、Low和Tri-state/Hi-Z三种状态。不同PWM电平对应DrMOS内部MOSFET的不同工作状态：高电平PWM通常对应高边MOSFET开通、低边MOSFET关断；低电平PWM通常对应低边MOSFET开通、高边MOSFET关断；Tri-state/Hi-Z电平通常对应高边与低边MOSFET同时关断，如图2所示。

图1. 简化的多相控制器 + DrMOS供电结构

图2. 不同PWM电平对应的DrMOS内部高低边MOSFET开通与关断状态

Tri-state/Hi-Z状态在多相电源控制中非常重要，尤其是在负载电流动态变化或轻载运行时。例如，在重载条件下，所有相位的DrMOS可以同时工作，以最大程度分担电流并降低单相热压力；当负载电流降低时，控制器可以减少参与工作的相数，例如从8相降至2相，其余6相DrMOS进入高边和低边MOSFET均关断的状态，从而降低开关损耗并提升系统效率。此外，在低负载电流或电池供电等对轻载效率敏感的应用中，当电感电流下降至0A附近时，控制器通常需要使高边和低边MOSFET同时关断，以避免电感电流反向流动，进一步提升轻载效率，这时，多相控制器同样需要输出Tri-state/Hi-Z电平的PWM信号。因此，在多相电源设计中，仅通过普通数字逻辑探头观察两电平PWM信号往往无法完整反映DrMOS的实际控制状态。

如何使用TLP058测试三态PWM信号?

TLP058 FlexChannel逻辑探头提供8个数字输入通道，兼容泰克4系列、5系列和6系列MSO示波器。该探头可连接至任意FlexChannel输入通道，每个数字输入通道均可用于采集目标系统中的逻辑信号。探头前端配有独立信号输入线和地线，可根据被测电路的布局分别连接至相应测试点，也可以使用探头端部支撑臂将引线进行分组和固定。在测试某一路三态PWM信号时，可将同一路PWM信号同时连接至TLP058的两个数字输入通道，例如图3中的C5 D0和C5 D1，并将探头地线连接至被测系统地。

图3. 实际测试示波器界面示例

随后，在示波器中为这两个数字通道分别设置不同的逻辑判定阈值，如图4：

图4. 实际测试示波器界面示例

其中一个阈值设置在Low电平与Tri-state/Hi-Z电平之间，另一个阈值设置在Tri-state/Hi-Z电平与High电平之间。这样，同一条三态PWM信号即可被转换为两路逻辑判定结果，如图5。

图5. 实际测试示波器界面示例

在示波器界面中，首先添加BUS1，将显示设置为Off，总线类型选择Parallel，并将定时数据选项设置为No。随后在Define Input设置中添加CH5_D0和CH5_D1为source，使这两路逻辑信号组成一个并行总线，如图6。

图6. 实际测试示波器界面示例

完成总线定义后，再添加Math1数学波形，将Source设置为BUS1，Fields自动选择为Data， 将显示设置为On，如图7。

图7. 实际测试示波器界面示例

此时，Math1即可显示由两路逻辑判定结果重构得到的三态PWM波形，如图8。

图8. 实际测试示波器界面示例

需要注意的是，该方法的核心思想是使用两个不同阈值对同一PWM信号进行逻辑判定，再通过总线和数学波形显示其三种电平状态。因此，在实际测试前，应先确认被测PWM的Low、Tri-state/Hi-Z和High三个电平幅值，并合理设置两个阈值，避免因阈值设置不当导致电平状态误判。

结论

本文介绍了一种使用TLP058逻辑探头测试三态PWM信号的方法。通过将同一路三态PWM信号接入TLP058的两个数字输入通道，并设置不同的逻辑判定阈值，工程师可结合Parallel Bus和Math功能重构 High、Low与Tri-state/Hi-Z三种状态，从而实现三态PWM波形的同步观察与分析。

与使用无源电压探头逐路测量相比，该方法可显著节省示波器模拟通道资源。单支TLP058提供8个数字输入通道，最多可同时测试4路三态PWM信号，搭配8通道示波器如MSO058B，单台示波器最多可同时测试32路三态PWM信号。对于更高通道数的测试需求，还可结合TekScope PC软件连接多台示波器，对多台仪器的通道资源进行集中显示、测量与分析。

该方法尤其适用于多相控制器+ DrMOS电源架构的调试和验证场景，可帮助工程师更高效地分析多相PWM时序关系、相位工作状态、减相逻辑及轻载模式下的控制行为。同时，节省出的模拟通道也可用于同步观察输出电压、电感电流、使能信号等关键波形，为多相电源系统级调试提供更完整的测试视角，如图9所示。

图9. 使用TPP1000探头与TLP058测试三态PWM信号时的示波器通道占用情况对比