新型IsoVu? 隔離電流探頭：為電流測量帶來全新維度

示波器測量電流的常見方法包括使用電流互感器、羅氏線圈和霍爾效應鉗式探頭。按規(guī)格要求使用時，優(yōu)質(zhì)磁探頭的測量結果非常準確。因為不需要破壞原有電路，因此用于測量在電線或測試回路中流動的電流也很方便。然而，磁探頭存在一些固有的局限性。在本文中，作者將介紹針對基于分流器進行電流測量而優(yōu)化的探頭屬性，并探討IsoVu? 隔離電流探頭特別適用的兩種應用。

如上所述，使用磁探頭測量時需要一根線圈。由于物理限制或電路的敏感性，有時無法使用這種線圈。由于磁性材料的特性，即使是高端鉗式電流探頭，帶寬也被限制在100MHz左右。盡管人們可能會認為非接觸式探頭不會影響電路性能，但磁探頭插入阻抗的意外影響卻讓許多工程師困惑不已，因為該阻抗在全帶寬下可能接近1Ω。

圖1. 當有電線或測試環(huán)路可用、插入電感可以容忍且?guī)捪拗圃?00MHz左右時，使用示波器鉗式交流/直流電流探頭非常方便。但在無法滿足此類要求時，工程師往往選擇分流電阻器。分流探頭就是為此目的而設計的。

由于上述限制，許多工程師轉向使用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兩端的電壓降，歐姆定律則用于計算電流。當分流電阻器的一端接地時，共模電壓不會成為主要問題。但當分流電阻器處于浮地狀態(tài)時，則可能會暴露在較高的共模電壓下。探頭必須經(jīng)過專門設計，以承受類電壓而不受損，并能夠抑制輸出共模信號。

無源探頭和差分探頭設計用于檢測高阻抗負載，它們具有高輸入阻抗，以減少對被測設備的負載影響。差分探頭的輸入阻抗約為100kΩ，大多數(shù)無源探頭的輸入阻抗約為10MΩ，不過也有的輸入阻抗為1MΩ或2MΩ（TPP0502）。理想的分流電阻器是一種低阻抗裝置。由于分流阻抗極低，因此無法使用高阻抗探頭。事實上，任何通過高阻抗探頭的噪聲電流都會增加示波器的噪聲電壓。

新型IsoVu隔離電流探頭專門優(yōu)化了使用分流電阻器的電流測量，即使在分流電阻器未接地且受到顯著共模電壓影響的情況下，也能準確測量電流。新型IsoVu隔離電流探頭具有以下主要特點：

● 高帶寬。與羅氏線圈和霍爾效應電流探頭不同的是，TICP電流探頭與高性能分流器或CVR結合使用時，可以實現(xiàn)從直流到數(shù)百兆赫范圍的電流測量。有三種型號可選，帶寬分別為250MHz、500MHz和1GHz，您可以根據(jù)自己的應用和預算進行選擇。

● 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，有助于在1MHz時提供高達90dB的出色共模抑制（CMRR），從而大幅降低共模噪聲。

● 低噪聲和高共模抑制。專為電流分流器的低噪聲測量而設計，特別適用于電源電路的浮動部分。

● 在測量分流器等兩端的低電壓（+/-0.5V）時，具有低衰減和低輸入阻抗（50Ω）的特性，這意味著可將噪聲限制在4.7nV/√Hz以下（1GHz時小于150μV）。

● 所有尖端和配件均旨在控制噪聲。

● 可通過TekVPI? 接口連接至泰克4、5和6系列MSO示波器，該接口可以自動檢測和配置探頭和探頭尖端。

高保真電流測量為下一代電源轉換器提供洞察力

圖2. 在半橋功率轉換器高邊進行雙脈沖測試時，如果使用串聯(lián)電阻，IsoVu隔離電流探頭由于具有高共模電壓范圍和高共模抑制比而能夠提供準確的測量結果。

新型IsoVu電流探頭兼具高帶寬和高共模抑制，可在碳化硅和氮化鎵電源轉換器中提供準確的電流測量。

快速開關場效應晶體管的帶寬

碳化硅場效應晶體管的漏極電流上升和下降時間約為10納秒。如果我們將這個時間轉換為帶寬，使用一階滾降模型來計算，那么邊緣的帶寬是0.35/10ns=35MHz。為了準確測量邊緣上的任何振蕩和失真，測量系統(tǒng)的帶寬應該明顯大于該值。因此，分流電阻器、探頭和示波器的組合應具有200MHz或更高的帶寬。傳統(tǒng)的電流測量技術，例如電流互感器（Pearson CT等）、羅氏線圈和霍爾效應探頭，測量能力限制在約100MHz。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探頭提供了所需的帶寬，能夠準確捕捉寬帶隙開關器件的快速上升沿，其可用帶寬高達1GHz。

圖3. 在半橋功率轉換器上進行的雙脈沖試驗。上方（藍色）波形表示VDS。黃色波形清楚地顯示了IsoVu隔離電流探頭測量的快速上升漏極電流和震蕩。紫色波形表示負載電感電流。最下方的（紅色）波形表示IsoVu隔離電壓探頭測得的柵極電壓。

高邊電流測量

碳化硅電源轉換器高邊的分流電阻器會受到快速變化的共模電壓的影響，該共模電壓在近地電平和VDD之間變化。

TICP探頭具有高共模抑制，因此非常適合對碳化硅電源轉換器中使用的浮地分流器和CVR進行電流測量。TICP探頭與實現(xiàn)了突破性改進的IsoVu TIVP隔離電壓探頭相輔相成，為電流測量帶來了類似的隔離技術突破。完全的射頻隔離消除了接地環(huán)路。使用1X探頭時，在1Mhz頻率下可提供90dB的共模抑制比，在250Mhz頻率下可提供70dB的共模抑制比。

最大共模電壓和安全等級

新探頭具有隔離和安全等級優(yōu)勢，非常適用于功率轉換器中在高電壓下浮地的分流電阻器和電流觀察電阻器（CVR）。TICP系列探頭達到1000V CAT II應用安全等級，在1級污染環(huán)境中能夠承受最大1.8kV的共模電壓，且能夠承受最大5k VPeak的瞬態(tài)電壓。

低功耗系統(tǒng)中的準確電流測量：測量納秒內(nèi)電流消耗

對于努力充分利用電池供電設計中每一分鐘運行時間的工程師來說，使用新型IsoVu隔離電流探頭能夠測量納秒內(nèi)低電平動態(tài)電流。這意味著，他們對物聯(lián)網(wǎng)和移動設備電源管理的理解比以往任何時候都更加透徹。

圖4. 通過測量微控制器3.3V電源軌上的串聯(lián)電阻，IsoVu電流探頭可以顯示處理器在不同操作模式和休眠模式下消耗的電流量。

動態(tài)電流測量的帶寬

TICP探頭具有進行以下活動所需的帶寬和動態(tài)范圍：觀察狀態(tài)轉換，測量特定系統(tǒng)活動期間以及從睡眠模式轉換至工作模式的電流消耗。此外，TICP探頭的共模電壓額定值高于大多數(shù)差分探頭，更加適合在電壓更高的電源軌上進行測量。

使用低噪聲和隔離技術準確測量低電流

TICP探頭可限制噪聲，這對于使用分流器準確測量低電流至關重要。該款探頭提供低尖端負載和低輸入阻抗，其噪聲規(guī)格為4.7nV/√Hz，能夠在極低噪聲下準確捕捉信號（20MHz時噪聲低于21μV，1GHz時噪聲低于150μV）。這種低噪聲特性讓該款IsoVu隔離電流探頭成為6 B系列MSO等低噪聲示波器的好搭檔。

盡量減少連接麻煩

我們都知道，在被測設備上獲取信號可能非常困難。在設計新型IsoVu隔離電流探頭時，泰克公司的設計師們想方設法，實現(xiàn)探頭與設備連接時的正向、低噪聲接觸。

圖5. ISOVu電流和電壓探頭使用MMCX連接器與被測設備建立高帶寬屏蔽連接。

與被測設備的低噪聲連接

為了方便工程師與商用和定制分流電阻器配置建立高度完整的連接，探頭采用靈活且可輕松彎曲的尖端，以減少連接時的應力。探頭末端使用屏蔽式高帶寬MMCX連接器。由于MMCX連接器在市場上常見，因此很容易買到將MMCX連接器轉換為SMA或BNC連接器的適配器。標準套件中還包括一個SMA探頭尖端，以及從MMCX連接器連接至25mil方形引腳的適配器，用于連接到板上分流電阻器和測試點。該套件包含一個兩腳架和三腳架適配器，可牢固地固定探頭，并方便在測試過程中輕松放置探頭。

與4、5和6系列MSO示波器無縫集成

這些探頭可以通過智能TekVPI? 探頭接口與4、5和6系列MSO示波器連接，此外，探頭通過該接口還可與示波器進行雙向通信。該接口能夠自動檢測探頭和尖端，并告訴示波器應用衰減和輸入阻抗等關鍵設置。探頭設置可以從示波器的前面板或通過編程命令調(diào)整，因此無需人工干預即可實現(xiàn)自動測試。

新款IsoVu? 電流分流探頭突破了電流互感器、羅氏線圈和霍爾效應鉗式探頭的限制。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隔離電流探頭與精密分流電阻器或CVR相結合可以實現(xiàn)帶寬更高、噪聲更低的測量。如果設計人員需要測量碳化硅和氮化鎵電源轉換器中的快速大電流變化，或需要測量電池供電嵌入式系統(tǒng)中的動態(tài)電流消耗，它也是理想的選擇。

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