浮地信号是什么，如何使用示波器进行测量

2020-11-02 来源：eefocus

在工业环境中进行故障排查存在许多挑战。现代化生产现场调试电子系统需要分析低压数字信号，同时也需要验证380V的高压电源质量，或者测试电气驱动设备的电源效率。而浮地信号的测试一直是电气工程师无法回避的问题。

普通数字示波器不适合此类系统测试的原因首先在于绝大多数的普通示波器都通过交流电源安全地与大地相连。在一般情况下，这样的接地连接提高了测试的安全性。但对于浮地系统而言，这会导致将被测系统参考地通过示波器单端探头参考地强制连接到大地，从而改变了被测系统的地回路结构，影响了被测系统正常的工作特性，甚至造成对被测系统和测试仪器的损坏。

一、何为浮地信号？

接地测量

◾针对接地信号的测量

◾信号参考端接地

◾使用单端探头即可测量

浮地测量

◾针对差分信号的测量

◾信号参考端非接地，存在共模电压

◾无法使用单端探头进行测量

二、浮地信号出现在哪里？

◾交通工具：汽车，轮船，飞机，铁路系统

◾电源和功率电子系统： MOSFET 或 IGBT ，GaN或SiC功率半导体器件，马达

◾ 数字电路中的差分信号： MI PI ， USB ， Ethernet ，MIL-STD1553B、ARINC429

◾电力传输：供电网络，电线载波通信，超级充电站

由于大多数示波器通道之间采用了共地设计，即不同输入通道的参考地被连接在一起。当对隔离参考地的不同子系统信号进行同时测试和调试时，不同参考地的被测信号会通过示波器的共地设计强制的将参考点连接在一起，影响各子系统的正常工作。即便通过电池供电，也无法实现各测试通道的隔离。

测试方法比较：

面对浮地测量，示波器选择的三要素

浮地信号是什么，如何使用示波器进行测量

方法一：差分探头

成本高，特定差分探头的耐压能力有限，不便携。

方法二：两支单端探头相减

CMRR（共模抑制比）能力较差，噪声大，无法测量较小差模。

方法三：示波器浮地

危险！示波器机壳及裸露在外的BNC 接口带电，当浮地参考端电压过高时易发生触电。

方法四：隔离电源

不可同时进行多个参考不同的浮地信号测量，示波器浮地，仍然有触电危险。

方法五：隔离台式示波器

浮地参考电压耐压能力有限，一般在30 Vr ms，便携性稍差，性能一般（带宽/采样率/存储深度）。

方法六：通道隔离手持示波器

◾通道隔离，可直接使用单端探头测量浮地信号，成本较低；

◾通道之间隔离，可同时进行多个参考不同的浮地信号测量；

◾便携式电池供电，可适应不同测量环境（实验室+外场）；

◾耐压能力更强。

事实上，手持数字示波器所具备的电池供电以及隔离通道设计对上述测试挑战有较好的响应。但目前市场上绝大多数手持示波器在测试性能方面无法满足当今浮地信号测试需要。与性能不断提升的台式示波器相比，大多数手持示波器在带宽、采样率、记录深度、波形捕获率、触发能力和显示分辨率方面与用户需要存在较大差距，大大影响了手持示波器在这一测试领域的应用。