泰克新型 IsoVu™ 隔离式分流探头解决了被忽视的电流范围问题

　　泰克公司于2024 年 11 月 12 日宣布推出全新 TICP 系列 IsoVu™ 隔离电流探头，是世界首款利用射频隔离技术的产品，适用于测量低压和高压系统中快速变化的电流，测量高度准确，安全可靠。

　　在示波器上测量电流的最常见方法是使用电流互感器、罗氏线圈或霍尔效应钳式探头。高质量的磁性探头在其规格范围内使用时是准确的。当电流在电线或测试回路中流动时，它们也很方便，因为它们不需要断开电路。然而，它们有一些固有的局限性。在这篇文章中，我将描述为进行基于分流器的电流测量而优化的探头的属性，并了解IsoVu 分流器探头 特别适合的两种应用。

　　如前所述，磁性探针需要一个线圈来进行测量。由于物理限制或电路敏感性，这样的环路可能是不可能的。由于磁性材料的性质，即使对于高端钳式电流探头，带宽也限制在 100 MHz 左右。尽管人们很容易认为非接触式探头不会影响电路性能，但许多工程师对磁性探头插入阻抗的意外影响感到困惑，该阻抗在全带宽下可能接近 1 Ω。

　　图 1.当有电线或测试环路、插入电感可以容忍且带宽限制在 100 MHz 左右时，示波器钳式交流/直流电流探头非常方便。除此之外，工程师经常求助于分流电阻器。分流探头就是为此目的而设计的。

　　由于这些限制，许多工程师转向精密分流电阻器或电流观察电阻器 (CVR)。电压探头用于测量分流器上的压降，欧姆定律用于计算电流。当分流器一端接地时，共模电压将不是主要问题。然而，当分流器浮动时，它可能会经历高共模电压。探头的设计必须能够在不损坏的情况下处理这些电压，并抑制输出中的共模信号。

　　无源探头和差分探头设计用于跨高阻抗负载进行探测，并具有高输入阻抗以避免加载 DUT - 差分探头约为 100 kΩ，大多数无源探头为 10 MΩ ，尽管 1 MΩ 或 2 MΩ( TPP0502)可供选择。理想的分流电阻器是低阻抗器件。不需要高阻抗探头，因为并联阻抗非常低。事实上，任何通过高阻抗探头的噪声电流都会在示波器上产生更大的噪声电压。

　　IsoVu 隔离探头特点

　　新型 IsoVu 隔离电流分流探头专门针对使用分流电阻器进行电流测量进行了优化，即使它们浮在地上方并受到显着共模电压信号的影响。以下是主要特点：

　　高带宽。与变压器、罗氏或霍尔效应电流探头不同，TICP 电流探头与高性能分流器或 CVR(电流观察电阻器)配合使用时，可实现从 DC 到数百 MHz 的测量。三种型号具有 250 MHz、500 MHz 和 1 GHz 带宽，可满足您的应用和预算。

　　探头尖端和示波器之间的完全射频隔离消除了接地环路，并有助于在 1 MHz 下提供高达 90 dB 的卓越共模抑制 (CMRR)，从而显着降低共模噪声。

　　低噪声和高共模抑制。专为电流分流器的低噪声测量而设计，尤其是电源电路的浮动部分。

　　低衰减和低输入阻抗 (50 欧姆) 设计用于在测量低电压 (+/- 0.5 V)(例如分流器上的电压)时，将噪声贡献降至低于 4.7 nV/√Hz 的噪声贡献(1 GHz 时<150 µV)。

　　所有尖端和配件均旨在控制噪音。

　　通过 TekVPI™接口连接到泰克4、5、6 系列 MSO示波器，该接口可自动检测和配置探头和探头端部。

　　高保真电流测量可深入了解下一代电源转换器

　　新型 IsoVu 分流探头具有高带宽和高共模抑制，可在 SiC 和 GaN 功率转换器中提供精确的电流测量。

　　图 2. 当使用串联电阻在半桥电源转换器的高压侧进行双脉冲测试时，IsoVu 隔离分流探头可提供具有高共模电压额定值和高共模抑制的精确测量。

　　快速开关 FET 的带宽

　　SiC FET 的漏极电流上升和下降时间约为 10 ns。如果我们使用一阶滚降将其转换为带宽，则边缘的带宽为 0.35/10 ns = 35 MHz。为了准确测量边缘上的任何振铃或失真，测量系统带宽应明显大于此值。因此，分流电阻器、探头和示波器的组合应具有 200 MHz 或更高的带宽。传统的电流测量技术，例如电流互感器(例如 Pearson CT)、罗氏线圈或霍尔效应探头，频率仅限于 100 MHz 左右。使用这些常见的电流探头严重限制了观察高频分量的能力。

　　TICP 探头提供您所需的带宽，以准确查看宽带隙开关器件的快速上升时间，可用带宽高达 1 GHz。

　　图 3.半桥功率转换器的双脉冲测试。上方(蓝色)波形显示 V DS。黄色波形清楚地显示了快速上升的漏极电流和振铃，由 IsoVu 隔离电流探头测量。紫色波形显示负载电感电流。最低(红色)波形显示由 IsoVu 隔离电压探头测量的栅极电压。

　　高侧电流测量

　　SiC 功率转换器高压侧的分流电阻器会受到快速变化的共模电压的影响，共模电压在大致接地和 VDD 之间切换。

　　TICP 探头具有高 CMRR，非常适合 SiC 功率转换器中使用的浮动分流器和 CVR 的电流测量。TICP 探头补充了突破性的 IsoVu TIVP 隔离电压探头，并代表了电流测量的类似隔离突破。完整的射频隔离消除了接地环路，并有助于在 1 MHz 时提供 90 dB 的共模抑制比，在使用 1x Tip 时在 250 MHz 时提供 70 dB 的共模抑制比。

　　最大共模电压和安全额定值

　　隔离和安全额定值使这些新型探头适用于电源转换器中高电压浮动的分流电阻器和 CVR。TICP 系列探头的额定电压为 1000 V CAT II 应用，在 1 级污染环境中最大共模电压为 1.8 kV，最大瞬态电平不超过 5 kV峰值。

　　低功耗系统中的高保真电流测量：测量纳秒级的电流消耗

　　对于致力于电池供电设计的最后一分钟运行时间的工程师来说，新型 IsoVu 电流探头使他们能够测量纳秒范围内的低电平动态电流。这可以为物联网和移动设备的电源管理提供前所未有的可视性。

　　图 4. 通过测量微控制器 3.3 V 电源轨上的串联电阻，IsoVu 电流探头可显示处理器在不同操作和休眠模式期间消耗的电流。

　　动态电流测量的带宽

　　TICP 探头具有查看状态转换所需的带宽和动态范围，以及特定系统活动和从睡眠状态到活动状态转换期间的电流消耗。此外，TICP 探头的共模电压额定值高于大多数差分探头，适合在更高电压的电源轨上进行测量。

　　低噪声和隔离，可准确查看低电流

　　TICP 探头限制噪声，这对于使用分流器精确测量低电流至关重要。它们提供低尖端负载和低输入阻抗，噪声规格为 4.7nV/√Hz，使您能够捕获噪声水平低于 21 µV(20 MHz 时)或 150 µV(1 GHz 时)的精确信号。这种低噪声贡献使这些 IsoVu 电流探头成为6 系列 B MSO等低噪声示波器的良好伴侣。

　　最大限度地减少连接麻烦

　　我们都知道访问 DUT 上的信号可能具有挑战性。对于新的 IsoVu 电流探头，Tek 的设计人员努力促进与您的设备的可靠、低噪声连接。

　　图 5. IsoVu 电流和电压探头使用 MMCX 连接器与被测设备进行高带宽、屏蔽连接。

　　与 DUT 的低噪声连接

　　为了帮助工程师与商业和定制分流电阻器配置建立高度完整性的连接，探针尖端灵活且易于弯曲，以减少连接压力。它们终止于屏蔽式高带宽 MMCX 连接器。由于 MMCX 连接器很常见，因此 SMA 或 BNC 连接器的适配器是现成的。标准套件中还包含 SMA 尖端，以及从 MMCX 到 25 mil 方形引脚的适配器，用于连接板载分流器和测试点。该套件包括一个两脚架和三脚架适配器，可将探头牢固地固定到位，并在测试过程中方便地定位探头。

　　与 4、5 和 6 系列 MSO 示波器无缝集成

　　这些探头通过智能 TekVPI TM探头接口与 4、5 或 6 系列 MSO 示波器连接，从而实现探头和示波器之间的双向通信。该界面自动检测探头和尖端，并告诉示波器应用衰减和输入阻抗等关键设置。可以通过示波器、前面板或编程命令调整探头设置，从而无需人工干预即可实现自动化测试。

　　新型IsoVu 分流探头 克服了电流互感器、罗氏线圈或霍尔效应钳式探头的局限性。虽然这些更传统的电流测量方法具有许多优点，但将 IsoVu 电流探头与精密分流电阻器或 CVR 相结合可提供更高的带宽、更低的噪声测量。对于那些需要测量 SiC 和 GaN 电源转换器中的快速、高电流阶跃以及需要测量电池供电嵌入式系统中的动态电流消耗的设计人员来说，这同样是个好消息。

　　以上内容由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科电子科技有限公司致力于打造仪器配附件一站式供应平台。主营范围：示波器测试附件配件的研发、生产、销售。涵盖产品包含电流探头、差分探头、高压探头、无源探头、柔性电流探头、近场探头、电流互感器、射频测试线缆、各类仪器测试附件等。更多信息，欢迎登陆官方网站进行咨询：http://www.prbtek.cn