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新型 IsoVu™ 隔離式分流探棒解決了被忽視的電流範圍問題
在示波器上量測電流最常見的方法是使用電流互感器、羅氏 (Rogowski) 線圈或霍爾 (Hall) 效應鉗式探棒。高品質的磁性探棒在其規格範圍內使用時可提供準確的結果。當電流在電線或測試迴路中流動時，這些探棒具有一定的便利性，因為不需要斷開電路即可使用。然而，這些探棒卻有一些固有的限制。在這篇文章中，我將說明針對分流式電流量測而最佳化的探棒屬性，並介紹 IsoVu 分流探棒特別適合的兩種應用。
如前所述，磁性探棒需要一個線圈來進行量測。但因實體限制或電路敏感性，不一定能製作出這樣的迴路。由於磁性材料的性質，即使對於高階鉗式電流探棒，頻寬也限制在 100 MHz 左右。儘管人們常認為非接觸式探棒不會影響電路效能，但許多工程師對磁性探棒插入等效阻抗的意外影響感到困惑，該阻抗在全頻寬下可能接近 1 Ω。
圖 1：當電線或測試迴路是可利用、插入的等效電感在容忍範圍內，且頻寬限制在 100 MHz 左右時，示波器鉗式交流/直流電流探棒是非常便利的工具。除此之外，工程師還經常需要使用分流電阻器。分流探棒就是為此目的而設計。
由於這些限制，許多工程師轉而採用精密分流電阻器或電流觀察電阻器 (CVR)。電壓探棒用於量測分流器上的壓降，而歐姆定律則用於計算電流。當分流器一端接地時，共模電壓不會是主要問題。然而，當分流器是浮動時，便可能會出現高共模電壓。探棒的設計必須能夠在不損壞的情況下處理這些電壓，並抑制輸出的共模訊號。
被動式探棒和差動探棒設計用於跨高阻抗負載進行探測，並具有高輸入阻抗以避免 DUT的負載效應 - 差動探棒約為 100 kΩ，大多數被動式探棒為 10 MΩ，但也有 1 MΩ 或 2 MΩ (TPP0502) 可供選擇。理想的分流電阻器是低阻抗裝置。不需要高阻抗探棒，因為並聯阻抗非常低。事實上，任何通過高阻抗探棒的雜訊電流都會在示波器上產生更大的雜訊電壓。
新型 IsoVu 隔離式分流探棒專門針對使用分流電阻器執行電流量測進行了最佳化處理，即使其浮動在接地點並受到顯著共模電壓訊號的影響。以下是主要特點：
- 高頻寬。與互感器、羅氏或霍爾效應電流探棒不同，TICP 電流探棒與高效能分流器或 CVR (電流觀察電阻) 配合使用時，可實現從直流到數百 MHz 頻寬的量測。三種型號具有 250 MHz、500 MHz 和 1 GHz 頻寬，可充分滿足您的應用和預算需求。
- 探棒頭和示波器之間的完全射頻隔離消除了接地迴路，有助於在 1 MHz 下提供 90 dB 的出色共模抑制 (CMRR)，進而顯著降低共模雜訊。
- 低雜訊和高共模抑制。專為電流分流器的低雜訊量測而設計，尤其是電源電路的浮動部分。
- 低衰減和低輸入阻抗 (50 歐姆) 設計用於在量測低電壓 (+/- 0.5 V，例如分流器上的電壓) 時將雜訊影響降至低於 4.7 nV/√Hz (1 GHz 時 <150 µV)。
- 所有探棒頭和配件均為控制雜訊而設計。
- 透過 TekVPI™ 介面連接至 Tektronix 4、5、6 系列 MSO 示波器，可自動偵測並設定探棒和探棒頭。
透過高完整性電流量測可深入瞭解下一代電源轉換器
新型 IsoVu 分流探棒具有高頻寬和高共模抑制，可在 SiC 和 GaN 電源轉換器中提供精確的電流量測。
圖 2：當在半橋電源轉換器的高壓側使用串聯電阻進行雙脈衝測試時，IsoVu 隔離式分流探棒可提供具有高共模電壓額定值和高共模抑制的精確量測。
快速切換 FET 的頻寬
SiC FET 的汲極電流上升和下降時間約為 10 ns。如果我們使用一階滾降濾波器將其轉換為頻寬，則邊緣的頻寬為 0.35/10 ns = 35 MHz。為了準確量測邊緣上的任何振鈴或失真，量測系統頻寬應明顯大於此值。因此，分流電阻器、探棒和示波器的組合應具有 200 MHz 或更高的頻寬。例如電流互感器 (如 Pearson CT)、羅氏線圈或霍爾效應探棒等傳統電流量測技術的頻率限制在 100 MHz 左右。使用這些常見的電流探棒將嚴重限制了觀察高頻成分的能力。
TICP 探棒可提供您所需的頻寬，以準確查看寬能隙切換裝置的快速上升時間，可用頻寬高達 1 GHz。
圖 3：對半橋式電源轉換器的雙脈衝測試。上方 (藍色) 波形顯示 VDS。黃色波形清楚地顯示了快速上升的汲極電流和振鈴，由 IsoVu 隔離式電流探棒量測。紫色波形顯示負載電感電流。最低 (紅色) 波形顯示由 IsoVu 隔離式電壓探棒量測的閘極電壓。
高端電流量測
SiC 電源轉換器高端的分流電阻器會受到近似接地和 VDD 之間切換的快速變化的共模電壓影響。
探棒具有高 CMRR，非常適合 SiC 電源轉換器中使用的浮動分流器和 CVR 的電流量測。TICP 探棒補充了突破性的 IsoVu TIVP 隔離式電壓探棒，並代表了電流量測的類似隔離突破。完整的射頻隔離消除了接地迴路，並有助於在 1 MHz 時提供 90 dB 的共模抑制比，在使用 1x 探棒頭時在 250 MHz 下提供 70 dB 的共模抑制比。
最大共模電壓和安全額定值
隔離和安全額定值使這些新型探棒適用於電源轉換器中高端浮動的分流電阻器和 CVR。TICP 系列探棒額定適用於 1000 V CAT II 應用，在 1 級汙染環境中最大共模電壓為 1.8 kV，最大暫態位準不超過 5 kVPeak。
低功耗系統中的高完整性電流量測：量測奈秒級的電流消耗
對於致力於透過電池供電設計堅持每一分鐘運作時間的工程師來說，新型 IsoVu 電流探棒使其能夠量測奈秒範圍內的低位準動態電流。這可以為物聯網和行動裝置的電源管理提供前所未有的可視性。
圖 4：透過量測微控制器 3.3 V 電源軌上的串聯電阻，IsoVu 電流探棒可顯示處理器在不同操作和休眠模式期間消耗的電流量。
動態電流量測的頻寬
TICP 探棒具備所需的頻寬和動態範圍，可查看狀態轉換，以及特定系統活動和從睡眠狀態轉換到活動狀態期間的電流消耗。此外，TICP 探棒的共模電壓額定值高於大多數差動探棒，適合在更高電壓的電源軌上進行量測。
低雜訊和隔離，可準確查看低電流
TICP 探棒會限制雜訊，這對於使用分流器精確量測低電流極為重要。探棒可提供低尖端負載和低輸入阻抗，雜訊規格為 4.7nV/√Hz，讓您能夠擷取雜訊位準低於 21 µV (20 MHz 時) 或 150 µV (1 GHz 時) 的精確訊號。這種低雜訊貢獻使這些 IsoVu 電流探棒成為 6 系列 B MSO 等低雜訊示波器的完美搭配。
顯著減少連接麻煩
我們都知道存取 DUT 上的訊號可能具有挑戰性。對於新的 IsoVu 電流探棒，Tek 的設計人員持續努力促進與您的裝置的有效低雜訊連接。
圖 5：IsoVu 電流和電壓探棒使用 MMCX 連接器與待測裝置進行高頻寬、遮蔽式連接。
與 DUT 的低雜訊連接
為了協助工程師對商業和客製化分流電阻器組態建立高完整性連接，探棒頭具有彈性且易於彎曲，以減少連接處的壓力。探棒的終端為遮蔽式高頻寬 MMCX 連接器。由於 MMCX 連接器很常見，因此 SMA 或 BNC 接頭的轉接器都是易於取得的元件。標準套件中還包含 SMA 探棒頭，以及從 MMCX 到 25 mil 方形針腳的轉接器，用於連接板載分流器和測試點。套件包括一個兩腳架和三腳架轉接器，可將探棒牢固地固定到位，並在測試過程中方便地定位探棒。
與 4、5 和 6 系列 MSO 示波器無縫整合
這些探棒透過智慧型 TekVPITM 探棒介面與 4、5 或 6 系列 MSO 示波器連接，允許探棒和示波器之間進行雙向通訊。此介面會自動偵測探棒和探棒頭，並告訴示波器套用衰減和輸入阻抗等關鍵設定。使用者可透過示波器、前面板或程式命令來調整探棒設定，無需人工干預即可進行自動化測試。
新型 IsoVu 分流探棒克服了電流互感器、羅氏線圈或霍爾效應鉗式探棒的限制。雖然這些更傳統的電流量測方法具有許多優點，但將 IsoVu 電流探棒與精密分流電阻器或 CVR 結合可提供更高的頻寬、更低的雜訊量測。對於需要量測 SiC 和 GaN 電源轉換器中的快速、高電流步進，以及需要量測電池供電嵌入式系統中的動態電流消耗的設計人員來說，這同樣是一個利多的消息。