浮地测量中几种测量方法优缺点对比

隔离输入示波器测量

    采用IsolatedChannelÔ输入结构的示波器，如TPS2000B或THS3000系列，提供了真正的、完整的通道到通道和通道到电源线隔离能力。每条通道相互单独隔离，同时与其它非隔离器件隔离。

    在使用IsolatedChannelÔ示波器进行浮地测量时，必须使用专门设计的无源探头，如TPP0201，进行高达30 VRMS的浮地测量；或使用THP0301，进行高达300 VRMS的浮地测量；或使用P5122/P5150探头，进行高达600 VRMS的浮地测量。与大多数传统示波器使用的无源探头不同，这些类型的探头在BNC连接上绝缘，防止发生触电；参考引线是为耐受额定浮地电压而设计的。

1. 优点：

    隔离输入通道示波器为进行浮地测量提供了一种安全可靠的方式。通道到通道隔离和通道到接地隔离的明显好处是能够同时观察参考到不同电压的多个信号。

 

    另一个优点是能够在不增加专用探头成本或昂贵笨重的电压隔离器的情况下实现这一点。通道到电源线隔离消除了信号源接地与示波器之间的路径。

2.缺点：

    与差分探头不同，隔离输入通道没有提供均衡浮地测量。到接地的阻抗在尖端(+)输入和参考(-)输入之间是不同的。由于隔离通道的参考(-)输入不象接地示波器那样有默认的参考电平，因此必须把探头的参考引线连接到DUT的参考点上。

 

    由于没有到接地的分路，因此荧光灯和大楼布线放射的工频场可能会在示波器读数上导致更多的基线噪声。使用平均采集模式会减轻这种基线噪声提高。

 

差分探头测量

    通过使用差分探头系统，可以通过泰克TDS/DPO/MSO和大多数其它接地示波器进行浮地测量。某些差分探头(如P6246、P6247、P6248和P6330)是为幅度较低的快速信号优化的。其它探头(如P5200A、P5205A和P5210A)则处理速度较慢、电压幅度较高的信号。ADA400A差分前置放大器即使在高噪声环境中，仍能显示低频率、超低幅度的差分信号。

 

1. 优点

    差分探头为调整接地示波器进行浮地测量提供了一种安全的方法。除安全性优势外，使用这些探头可以改善测量质量。差分探头提供了均衡测量输入电容，因此可以使用任意一条引线安全地探测电路中任何点。在比电压隔离器更高的频率上，差分探头一般CMRR性能更好。

 

    另一种优点是全面利用示波器的多条通道，同时观察多个信号，参考不同的电压。

 

2. 缺点

    探头仍有一条到接地的电阻路径，因此如果电路对泄漏电流灵敏，那么差分探头可能并不是最佳的解决方案。

 

    其它缺点包括增加了一层成本，具体视示波器功能，可能要求独立的电源，这增加了成本和体积。在出厂时，必须手动确定每种测量的增益和偏置特点。

 

电压隔离器测量

    顾名思义，隔离器在浮地输入与参考地电平输出之间没有直接的电气连接。信号通过光学或分路光学/变压器手段耦合。

 

1.       优点

    电压隔离器为安全测量浮地电压提供了一种手段，由于隔离器没有到地的电阻路径，因此对泄漏电流异常灵敏的应用来说，它们是一个很好的选择。

 

2.缺点

电压隔离器增加了一层成本。必须使用单独的电源和隔离放大器箱。在出厂时必须为每一项测量手动确定增益和偏置特点。

 

“A - B”测量(伪差分测量)

    “A - B”测量技术可以使用传统示波器及无源电压探头，间接进行浮地测量。一条通道测量“正”测试点，另一条通道测量“负”测试点。从第一个测量值中减去第二个测量值，去掉两个测试点的公共电压，以便观察不能直接测量的浮地电压。示波器通道必须设置成相同的伏特/格；探头应与示波器配套，使共模抑制比达到最大。

 

1.       优点

    使用“A - B”测量技术的优势在于，几乎任何示波器和标配探头都可以简便地完成这一点。记住，两个测试点必须参考地电平。因此，如果任意一个测试点都是浮地的，或如果整个系统都是浮地的，那么不适用这种方法。

 

2.       缺点

    在进行“A - B”测量时，要使用两条示波器通道。这种技术的主要限制是共模范围相当小，这源于示波器的垂直通道动态范围。一般来说，其不到来自地电平的volts/division设置的10倍。在共模电压大于差模电压时，“A - B”测量技术可能会被认为是从两个大电压中提取小的差异。这种技术适合共模信号的幅度与差模信号相同或低于差模信号，且共模成分是DC或低频，如50 Hz或60 Hz电源线的应用。在测量幅度适中的信号时，它从测量中有效消除了接地环路电压。

 

“浮地”传统接地示波器

    使用不会把接地传送到次级电路的隔离变压器，或通过把示波器的AC市电电源线接地连接器，是一种常用的有风险的示波器浮地测量方式。

 

    “浮地”参考地电平示波器把所有可以接触的相同电压的金属(包括机箱、机壳和连接器)作为探头参考引线连接的测试点。

1.       优点

    尽管浮地设备是一种利用现有设备进行浮地测量，消除频率较低的信号上接地环路的方法，但它是一种不安全的、危险的作法，不应采用这种方法。

 

2.       缺点

    不管是从示波器上的升压角度(对操作人员可能会发生电击)，还是由于地波器变压器绝缘装置上累积的应力，这种技术都是危险的。这种应力可能不会立即导致故障，但即使示波器恢复到正确接地操作，将来仍可能会导致发生危险故障(电击和危险)。

 

    在较高的频率上，切断接地可能不会中断接地环路，因为电源线供电的仪器在接地以上浮地时会表现出大的寄生电容。振铃可能会破坏浮地测量。浮地示波器没有均衡输入。参考一侧(探头上的“接地”夹)有一个明显的到地电容。参考点连接的任何源阻抗将在快速共模跳变中加载，使信号发生衰减。更糟糕的是，高电容可能会损坏某些电路。连接逆电器上方门中共用的示波器可能会使门驱动信号速度下降，防止被测器件关闭，防止破坏输入桥接器。这种故障通常伴随着工作台上出现小的火花。

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