數字存儲示波器加快電源設計的驗證與測試

電源 MOSFET、穩壓器、控制電路的進步使開關電源變得更小，并使功率密度超過 1 W/in3，而效率則超過 90%。產品壽命周期正在迅速縮短，競爭則變得更嚴酷。當各種設計彼此相似時，更短的上市時間或生產周期能起到制勝作用。利用數字示波器獨特的特性，工程師現在可以在相當程度上縮短電源測試時間。

數字存儲示波器 (DSO) 獲取數字序列形式的波形，由此促成了許多復雜計算的自動化。對電源測試有用的 DSO 屬性包括：

DSO 能在多達 4 條通道上同步記錄單次出現的現象，例如通電、斷電或失效狀況。

幾乎所有 DSO 都能自動計算脈沖參數，并執行基本的波形數學運算（求和、差、積、比率）。多數 DSO 還能執行更復雜的數學運算，包括積分、微分、指數函數和對數計算、擴展平均、數字濾波，以及確定極值和 FFT（ 快速傅立葉變換）。

除了能存儲基準波形的內部硬盤驅動器以外，多數 DSO 還允許使用外部存儲設備，目前通常是兼容 USB 的記憶棒的形式。因此，用戶能把波形作為圖形文件保存起來，并創建高質量的硬拷貝。

DSO 提供多種觸發能力。它們能在出現故障狀況時觸發，并使用戶能查看觸發前的數據，以便了解導致故障的狀況。

多數 DSO 都把儀器設置保存在非易失存儲器中。用戶能輕松通過人工或在電腦控制之下重新調用這些設置。預先定義的設置可以是全自動（或半自動）測試序列的一部分，因此無需耗時的人工調節。

DSO 一般提供幾類自動“合格或不合格”測試。用戶可以定義一個掩模波形，并規定任何輸入波形必須被包含在該掩模之內。用戶也可以選擇一組波形參數，示波器針對預先確定的限度進行自動計算并比較。如果波形或參數落在預期限度之外，則示波器可以采取幾種行動，包括凍結顯示畫面、保存或打印異常波形副本、向有關工程師發送電子郵件或即時消息，或者發聲音警報。DSO 還可以對合格或不合格事件的統計數據進行跟蹤。

圖1 顯示了某種多電壓電源中的通電瞬變。對所有這類瞬變的同時監視可用來核實任何相位移動是否在可接受限度內。事實上，任何電壓失衡都可能損壞負載電路。您還可以自動計算開關時間，如圖1所示。

這是一次保持

保持時間是在失去交流電源之后，在滿負載狀態下，輸出電壓保持穩定的時間。數字示波器之所以是測量保持時間的理想儀器，是因為它同時具有強大的觸發系統和單次記錄能力。（這項任務通常需要一臺具有大容量存儲器的示波器。）一些制造商把觸發條件稱作“瞬斷觸發”。當交流線路上的脈沖列消失時間超過規定的時間長度時，示波器就會觸發。

在通電時，電源吸收的輸入電流表現出的尖峰不應該超過允許的最大輸入電流。示波器使用一個雙斜率觸發器。換句話說，倘若脈沖振幅超過 0.5V，則示波器將對輸入脈沖的任何一個斜率在 1 號通道上觸發。示波器能用兩種方式自動測試浪涌電流。它能計算電流峰值并核實它是否小于預設限度，或者能把全部電流波形與基準掩模比較（歐洲電信標準 pr ETS 300 132 這樣要求）。如果測試不合格，即如果浪涌電流超過設置的限度，則可能采取幾項行動。

示波器能通過記錄電源輸入端的電壓和電流波形來計算功率，從而糾正任何由不同的電流和電壓探頭長度引起的時序移位。示波器然后必須逐點對波形做乘法，來提供輸入功率波形，它從該波形能自動計算平均（直流）值。輸出功率（也是直流值）與平均輸入功率之比就是電源效率。

DSO 能對電源的高頻開關噪聲做單次測量，并能計算波形的 FFT。對輸出噪聲的頻率分析能提供關于噪聲起源的寶貴信息。

在開關電源中，開關晶體管經常是承受壓力最大的元件，務必要核實它們的工作點位于安全工作區域內。漏極至源極電壓跡線與源極電流跡線的乘積表明了晶體管內部的功耗。您也可以完全自動執行安全工作區域測試。通過選擇峰峰參數并把它應用到功耗跡線，用戶就能規定最大峰峰功率。如果測試不合格，則示波器能停止采集，打印出不合格波形，或把它保存在存儲器中，并發出蜂鳴或用其它方式通知用戶。在另一種自動測試方法中，用戶簡單地獲得采集的波形并規定預期公差。當測試啟動時，示波器核實所有輸入波形是否落在掩模內。如果不合格，則示波器可以采取上述的任何行動。