泰克新型 IsoVu? 隔離式分流探頭解決了被忽視的電流范圍問題

　　泰克公司于2024 年 11 月 12 日宣布推出全新 TICP 系列 IsoVu? 隔離電流探頭，是世界首款利用射頻隔離技術(shù)的產(chǎn)品，適用于測量低壓和高壓系統(tǒng)中快速變化的電流，測量高度準確，安全可靠。

　　在示波器上測量電流的最常見方法是使用電流互感器、羅氏線圈或霍爾效應(yīng)鉗式探頭。高質(zhì)量的磁性探頭在其規(guī)格范圍內(nèi)使用時是準確的。當電流在電線或測試回路中流動時，它們也很方便，因為它們不需要斷開電路。然而，它們有一些固有的局限性。在這篇文章中，我將描述為進行基于分流器的電流測量而優(yōu)化的探頭的屬性，并了解IsoVu 分流器探頭 特別適合的兩種應(yīng)用。

　　如前所述，磁性探針需要一個線圈來進行測量。由于物理限制或電路敏感性，這樣的環(huán)路可能是不可能的。由于磁性材料的性質(zhì)，即使對于高端鉗式電流探頭，帶寬也限制在 100 MHz 左右。盡管人們很容易認為非接觸式探頭不會影響電路性能，但許多工程師對磁性探頭插入阻抗的意外影響感到困惑，該阻抗在全帶寬下可能接近 1 Ω。

　　圖 1.當有電線或測試環(huán)路、插入電感可以容忍且?guī)捪拗圃?100 MHz 左右時，示波器鉗式交流/直流電流探頭非常方便。除此之外，工程師經(jīng)常求助于分流電阻器。分流探頭就是為此目的而設(shè)計的。

　　由于這些限制，許多工程師轉(zhuǎn)向精密分流電阻器或電流觀察電阻器 (CVR)。電壓探頭用于測量分流器上的壓降，歐姆定律用于計算電流。當分流器一端接地時，共模電壓將不是主要問題。然而，當分流器浮動時，它可能會經(jīng)歷高共模電壓。探頭的設(shè)計必須能夠在不損壞的情況下處理這些電壓，并抑制輸出中的共模信號。

　　無源探頭和差分探頭設(shè)計用于跨高阻抗負載進行探測，并具有高輸入阻抗以避免加載 DUT - 差分探頭約為 100 kΩ，大多數(shù)無源探頭為 10 MΩ ，盡管 1 MΩ 或 2 MΩ( TPP0502)可供選擇。理想的分流電阻器是低阻抗器件。不需要高阻抗探頭，因為并聯(lián)阻抗非常低。事實上，任何通過高阻抗探頭的噪聲電流都會在示波器上產(chǎn)生更大的噪聲電壓。

　　IsoVu 隔離探頭特點

　　新型 IsoVu 隔離電流分流探頭專門針對使用分流電阻器進行電流測量進行了優(yōu)化，即使它們浮在地上方并受到顯著共模電壓信號的影響。以下是主要特點：

　　高帶寬。與變壓器、羅氏或霍爾效應(yīng)電流探頭不同，TICP 電流探頭與高性能分流器或 CVR(電流觀察電阻器)配合使用時，可實現(xiàn)從 DC 到數(shù)百 MHz 的測量。三種型號具有 250 MHz、500 MHz 和 1 GHz 帶寬，可滿足您的應(yīng)用和預算。

　　探頭尖端和示波器之間的完全射頻隔離消除了接地環(huán)路，并有助于在 1 MHz 下提供高達 90 dB 的卓越共模抑制 (CMRR)，從而顯著降低共模噪聲。

　　低噪聲和高共模抑制。專為電流分流器的低噪聲測量而設(shè)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(shè)計用于在測量低電壓 (+/- 0.5 V)(例如分流器上的電壓)時，將噪聲貢獻降至低于 4.7 nV/√Hz 的噪聲貢獻(1 GHz 時<150 μV)。

　　所有尖端和配件均旨在控制噪音。

　　通過 TekVPI?接口連接到泰克4、5、6 系列 MSO示波器，該接口可自動檢測和配置探頭和探頭端部。

　　高保真電流測量可深入了解下一代電源轉(zhuǎn)換器

　　新型 IsoVu 分流探頭具有高帶寬和高共模抑制，可在 SiC 和 GaN 功率轉(zhuǎn)換器中提供精確的電流測量。

　　圖 2. 當使用串聯(lián)電阻在半橋電源轉(zhuǎn)換器的高壓側(cè)進行雙脈沖測試時，IsoVu 隔離分流探頭可提供具有高共模電壓額定值和高共模抑制的精確測量。

　　快速開關(guān) FET 的帶寬

　　SiC FET 的漏極電流上升和下降時間約為 10 ns。如果我們使用一階滾降將其轉(zhuǎn)換為帶寬，則邊緣的帶寬為 0.35/10 ns = 35 MHz。為了準確測量邊緣上的任何振鈴或失真，測量系統(tǒng)帶寬應(yīng)明顯大于此值。因此，分流電阻器、探頭和示波器的組合應(yīng)具有 200 MHz 或更高的帶寬。傳統(tǒng)的電流測量技術(shù)，例如電流互感器(例如 Pearson CT)、羅氏線圈或霍爾效應(yīng)探頭，頻率僅限于 100 MHz 左右。使用這些常見的電流探頭嚴重限制了觀察高頻分量的能力。

　　TICP 探頭提供您所需的帶寬，以準確查看寬帶隙開關(guān)器件的快速上升時間，可用帶寬高達 1 GHz。

　　圖 3.半橋功率轉(zhuǎn)換器的雙脈沖測試。上方(藍色)波形顯示 V DS。黃色波形清楚地顯示了快速上升的漏極電流和振鈴，由 IsoVu 隔離電流探頭測量。紫色波形顯示負載電感電流。最低(紅色)波形顯示由 IsoVu 隔離電壓探頭測量的柵極電壓。

　　高側(cè)電流測量

　　SiC 功率轉(zhuǎn)換器高壓側(cè)的分流電阻器會受到快速變化的共模電壓的影響，共模電壓在大致接地和 VDD 之間切換。

　　TICP 探頭具有高 CMRR，非常適合 SiC 功率轉(zhuǎn)換器中使用的浮動分流器和 CVR 的電流測量。TICP 探頭補充了突破性的 IsoVu TIVP 隔離電壓探頭，并代表了電流測量的類似隔離突破。完整的射頻隔離消除了接地環(huán)路，并有助于在 1 MHz 時提供 90 dB 的共模抑制比，在使用 1x Tip 時在 250 MHz 時提供 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頭適用于電源轉(zhuǎn)換器中高電壓浮動的分流電阻器和 CVR。TICP 系列探頭的額定電壓為 1000 V CAT II 應(yīng)用，在 1 級污染環(huán)境中最大共模電壓為 1.8 kV，最大瞬態(tài)電平不超過 5 kV峰值。

　　低功耗系統(tǒng)中的高保真電流測量：測量納秒級的電流消耗

　　對于致力于電池供電設(shè)計的最后一分鐘運行時間的工程師來說，新型 IsoVu 電流探頭使他們能夠測量納秒范圍內(nèi)的低電平動態(tài)電流。這可以為物聯(lián)網(wǎng)和移動設(shè)備的電源管理提供前所未有的可視性。

　　圖 4. 通過測量微控制器 3.3 V 電源軌上的串聯(lián)電阻，IsoVu 電流探頭可顯示處理器在不同操作和休眠模式期間消耗的電流。

　　動態(tài)電流測量的帶寬

　　TICP 探頭具有查看狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需的帶寬和動態(tài)范圍，以及特定系統(tǒng)活動和從睡眠狀態(tài)到活動狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間的電流消耗。此外，TICP 探頭的共模電壓額定值高于大多數(shù)差分探頭，適合在更高電壓的電源軌上進行測量。

　　低噪聲和隔離，可準確查看低電流

　　TICP 探頭限制噪聲，這對于使用分流器精確測量低電流至關(guān)重要。它們提供低尖端負載和低輸入阻抗，噪聲規(guī)格為 4.7nV/√Hz，使您能夠捕獲噪聲水平低于 21 μV(20 MHz 時)或 150 μV(1 GHz 時)的精確信號。這種低噪聲貢獻使這些 IsoVu 電流探頭成為6 系列 B MSO等低噪聲示波器的良好伴侶。

　　最大限度地減少連接麻煩

　　我們都知道訪問 DUT 上的信號可能具有挑戰(zhàn)性。對于新的 IsoVu 電流探頭，Tek 的設(shè)計人員努力促進與您的設(shè)備的可靠、低噪聲連接。

　　圖 5. IsoVu 電流和電壓探頭使用 MMCX 連接器與被測設(shè)備進行高帶寬、屏蔽連接。

　　與 DUT 的低噪聲連接

　　為了幫助工程師與商業(yè)和定制分流電阻器配置建立高度完整性的連接，探針尖端靈活且易于彎曲，以減少連接壓力。它們終止于屏蔽式高帶寬 MMCX 連接器。由于 MMCX 連接器很常見，因此 SMA 或 BNC 連接器的適配器是現(xiàn)成的。標準套件中還包含 SMA 尖端，以及從 MMCX 到 25 mil 方形引腳的適配器，用于連接板載分流器和測試點。該套件包括一個兩腳架和三腳架適配器，可將探頭牢固地固定到位，并在測試過程中方便地定位探頭。

　　與 4、5 和 6 系列 MSO 示波器無縫集成

　　這些探頭通過智能 TekVPI TM探頭接口與 4、5 或 6 系列 MSO 示波器連接，從而實現(xiàn)探頭和示波器之間的雙向通信。該界面自動檢測探頭和尖端，并告訴示波器應(yīng)用衰減和輸入阻抗等關(guān)鍵設(shè)置?？梢酝ㄟ^示波器、前面板或編程命令調(diào)整探頭設(shè)置，從而無需人工干預即可實現(xiàn)自動化測試。

　　新型IsoVu 分流探頭 克服了電流互感器、羅氏線圈或霍爾效應(yīng)鉗式探頭的局限性。雖然這些更傳統(tǒng)的電流測量方法具有許多優(yōu)點，但將 IsoVu 電流探頭與精密分流電阻器或 CVR 相結(jié)合可提供更高的帶寬、更低的噪聲測量。對于那些需要測量 SiC 和 GaN 電源轉(zhuǎn)換器中的快速、高電流階躍以及需要測量電池供電嵌入式系統(tǒng)中的動態(tài)電流消耗的設(shè)計人員來說，這同樣是個好消息。

　　以上內(nèi)容由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科電子科技有限公司致力于打造儀器配附件一站式供應(yīng)平臺。主營范圍：示波器測試附件配件的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售。涵蓋產(chǎn)品包含電流探頭、差分探頭、高壓探頭、無源探頭、柔性電流探頭、近場探頭、電流互感器、射頻測試線纜、各類儀器測試附件等。更多信息，歡迎登陸官方網(wǎng)站進行咨詢：http://www.jmcsled.cn