浅谈电源接地不良对示波器测试产生的干扰问题

　　示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

　　示波器操作人员有时会发现这样一个现象：使用探头探测信号时，被测信号上下跳动，波形不正常，如果使用余晖显示，则波形糊成一团，如下图所示：

　

　图一 糊住的波形

　　通常这种情况下，测试人员会怀疑是触发的问题，但当上下调节触发电平时，波形位置会随着触发电平的变化：如触发电平调高，则波形的位置上升，触发电平调低，波形位置又降低，如下图所示：

　　

图二 调高触发电平，波形位置上升

　　

图三 调低触发电平，波形位置下降

　　如果您在工作中也发现类似现象，则很大的可能是：您的测试存在接地不良的情况。更准确地说是：您测试系统的信号回流路径过长。

　　我们都知道，从信号发送器流出的信号，都会终流回发送器。单端信号的“地”是信号的回流路径；而差分信号的回流路径比较复杂一些，差分对的正负端是依靠公共的参考来回流的。所以在测试中，如果单端探头的地线没有有效连接；或差分探头的正负端中的任何一端没有有效连接，以及示波器的参考“地”没有能和被测件的地连接，则通过探头馈入示波器的信号就无法通过正常的路径回流，而必须经过供电设备（如开关电源、电力网络等）回流，因而受到供电设备的影响。

　　在上图的例子中，当我们把时基增大到10mS/p的时候，看到如下图形，发现信号有明显的周期性，简单地使用光标测量，发现周期为20ms左右，则可以大致确定信号受到了工频的干扰。在一些复杂干扰的实例中，测试人员可以使用示波器的FFT工具来查找干扰的来源，以确定是否是接地不良带来的工频干扰或开关电源干扰。电压的频率为50Hz，它会以电磁波的辐射形式，对人们的日常生活造成干扰，我们把这种干扰称之为工频干扰。工频干扰会对电气设备和电子设备造成干扰，导致设备运行异常。

　

　图四 信号受到干扰后的轮廓

　　发现问题以后，重新接好地线，波形恢复正常，原来这是一个10MHz左右的时钟信号。问题解决，如下图所示：

　　图五   正确的信号

　　小结：这是一个测试中常见的小问题，有经验的工程师都可以很容易地解决。就这个小问题，测试人员可以注意以下细节：

　　l 使用探头测试时，一定要注意信号回流路径，如果发现波形上下跳动，就需要考虑接是否是接地线异常；

　　l 信号回流路径尽可能短；或者如果考虑地线和信号线形成的一个闭合面，这个面的面积需要尽可能小；

　　l 测试准备工作中，单端探头测试时可以使用接地线（带鳄鱼夹或香蕉头的导线）将被测信号的参考点与示波器的外壳（也就是示波器的“地”）连接起来；差分探头测试时应该将示波器和被测设备共地。如果示波器和被测设备使用同一个接地良好的电源插线板，则这一步一般可以省去。浮地测试等情况比较复杂，应具体情况具体分析；

　　l 地线未能可靠连接或差分探头一端悬空的情况在高压、浮地测试中十分危险，应严格避免。即使在普通差分信号的测试中，差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。如果差分探头一端悬空，当被测信号的差模电压+共模电压超过了差分探头的差模测试范围，也可能损坏探头。

　　差分探头主要用于观测差分信号。差分信号是相互参考、而不是以地作为参考点的信号。普通的单端探头也可以测量差分信号，但得到的信号与实际信号相差很大，有可能出现“地弹”现象。工作原理差分放大原理是指一对信号同时输入到放大电路中，然后相减，得到原始信号。差分放大器是由两个参数特性相同的晶体管用直接耦合方式构成的放大器。若两个输入端上分别输入大小相同且相位相同的信号时，输出为零，从而克服零点漂移。