WaveSurfer 24Xs-A，24MXs-A，最适合电源工程师的示波器

     电源无所不在，电源是所有电子产品的心脏。据不完全统计，电子产品损坏的故障概率有60%来自于电源。 但电源行业现在似乎成了门槛很低的行业，似乎搞通了几种典型拓朴，知道变压器左三圈右三圈是怎么绕的就可以做好电源了。其实，内行人士都知道，做一个电源使它能输出5V电压并不难，难的是做好一个电源，做一个在不同环境温度下、不同输入电压下，不同负载下，负载不断变化下，多路输出，多路输出之间有复杂的时序关系情况下，半载以上的THD要求小于5%的指标下，长时间可靠工作，狭窄空间下自然散热，满足各种EMC指标，……的电源就很难了。高端电源仍然是高技术难度的行业。有些电源的技术现在仍然是只有几家公司可以做。譬如变频微波炉电源据说世界上只有松下可以做，譬如投影仪里的HID电源只有三巨头（Philips,OSRAM,GE）可以做，譬如徘徊在华为、中兴门口的电源供应商也就那么几家。卖示波器可能是吃青春饭的行业，但做电源是越老越值钱的。（文中没有特指，“电源”是指开关电源。）

深圳是电源公司密集存在的地方，据说有几百家甚至上千家。即使不是电源公司，也往往有电源研发部门。 电源的测试很简单也很复杂。 我拜访过很多电源公司，简单的测试可以不用买一台示波器，但仍然可以生产成千上万的电源供应市场，这种山寨电源的历史真是比山寨手机的历史长呵。但做好电源是需要好示波器的。好电源是需要基本指标测试之外的360度测试的。电源测试本身也是一门大学问。

力科的第四代示波器中的WaveSurfer Xs-A系列是一种极致完美的适合电源应用的示波器。考虑到性价比因素，我认为这个系列中的WavsSurfer 24Xs-A和24MXs-A更是适合电源工程师人手一台的示波器。

    力科公司在电源行业一直处于领导地位，但之前主要是面向高端电源市场，譬如前面提到的三巨头的电源相关研发部门一直是力科的最忠实用户，譬如赫赫有名的Delta电源，AcBel电源，EES电源(爱立信电源，后被艾默生收购)，等等这些高端品牌电源公司也都一直都是力科示波器的忠实用户。但力科很长时间没有能推出一款适合广大电源公司而不仅仅是三巨头能够消费得起的示波器产品。 现在，我很欣喜和兴奋的是，WaveSurfer 24XS-A 和24MXs-A正是为广大电源工程师量身定做的示波器。

    电源工程师在寻找一款什么样的示波器？ 示波器的选型仅仅是看基本指标是不够的，但基本指标又是最重要的。WaveSurfer24Xs-A的基本指标是：4通道，带宽200MHz，采样率2.5GS/s /ch，存储深度5Mpts /ch。 WaveSurfer24MXs-A和WaveSurfer24Xs-A的区别是：WaveSurfer24MXs-A存储深度标配为10Mpts /ch，触发和数学运算功能更多。下面我们将从通道数，屏幕大小，带宽，采样率，存储深度，测量功能，波形分析功能，操作便利性，归档功能，性价比，探头等方面全面阐述我的观点：WaveSurfer 24XS-A 和24MXs-A正是为广大电源工程师量身定做的示波器。

1，通道数。

“一定要4通道！” 我们倾听到这样的声音。WaveSurfer24Xs-A,24MXs-A是一

款4通道的示波器。 电源工程师需要4通道的示波器，这是因为通常需要测量2路以上的信号，如开关管的Vda,Vgs，Ids，输出电压，输出电流，输入电压，输入电流，控制芯片使能信号等，我们需要同时观察其中的2个以上的信号来测量和分析。对于一些复杂的电源，4个通道是远远不够的，如三相单极PFC电源，12个开关管工作，我们需要示波器最好有24个通道。为节约成本，很多公司也会选择2通道的示波器，但只是满足电源测试的一部分应用。不同研发定位的电源公司测试的项目大不一样。

2，屏幕大小。

同时观察4个通道波形，但只有6.3in的显示屏幕，用起来是什么样的使用体验？工程师们已为这种小屏幕抱怨太久了，我们听到了这个声音，所以力科在2004年就率先在低端市场推出了大屏幕示波器，后来对手A和T积极跟进。低端示波器已进入大屏幕时代。对于低端示波器，相同档次的示波器基本指标都比较接近，这时候细节设计很重要。WaveSurfer Xs-A系列的屏幕大小是10.4in(显示屏对角线长度)。 10.4in和6.3in对比是什么效果？请看下面的两组横向和纵向对比的图片。（原来示波器也可以做得很美的！工业设计概念已融入示波器的外观设计）

 

图一  WaveSurfer的显示屏幕是10.4inch，显示精度更高

(我们第四代示波器发布以来遇到竞争对手最大最多的攻击就是屏幕大。这种攻击就如同攻击一个美女，似乎其美丽本身是一个错误，似乎是说因为是美女，所以其他方面都不怎么样，就是长得漂亮一点。这是一种什么样的逻辑？面对完美的产品，对手找不到攻击点了!）

3，带宽

   作为示波器的第一指标，带宽的选择一直是个争论不休的话。电源公司有选择100MHz示波器的，也有选择 1GHz示波器的。 没有对，也没有错。 我反复说的是，带宽的选择取决于被测信号的类型及您希望的测量准确度，而最重要的因素是对上升时间和幅值测量的准确度要求。电源测中最关心的是开关管的Vds,Vgs,Ids信号（开关管通常是MOSFET,大功率的是IGBT，照明行业用的多是三极管，这里的Vds,Vgs,Ids是MOSFET中的约定俗称的定义）。 这种信号特点是什么样子？我刚下载了我之前用过IR的一款MOSFET IRF460的datasheet。 从下图看到这种MOSFET的上升时间是120ns。

    对于120ns的上升时间，示波器本身的上升时间影响很小了。准确测量Vds,Vgs电压需要用到力科的差分放大器DA1855A，通常业界是用普通的高压差分探头来测量的,如力科的高压差分探头ADP305，Tek的P5205。 这两款探头的带宽都只有100MHz，上升时间大约为3.5ns。目前为止，世界上最高带宽的差分探头也就是100MHz。 如果用100MHz 的示波器，探头和示波器组成的测试系统带宽会小于100MHz，大约为70MHz。 所以为了使测试系统带宽达到100MHz，示波器的带宽当然是越高越好，当考虑到性价比因素，用200MHz带宽比较合适。 另外一方面，如果我们从上升时间角度来计算,大家都熟悉那个经典的公式:

Measured risetime(tr)2 = (tr signal)2+(tr scope)2 +(tr probe)2 （示波器测量到的上升时间的平方等于信号的真实的上升时间的平方加上示波器本身的上升时间的平方再加上探头的上升时间的平方）。 200MHz的示波器，上升时间为1.75ns，1GHz示波器上升时间为300ps。 那么，如果用WaveSurfer24Xs-A和ADP305来测试IRF460的tr，测量到的上升时间的理论值为120.06ns,这个用1GHz的示波器测量出来的结果差别不大。  但从MOSFET上的尖峰毛刺的带宽来考虑，用更高带宽的示波器的测量精确度当然会更有信心点。关于这一点在之前的Howard的文章中也有谈到。下面的图片是从他的文章中摘取的。

    有的电源公司会用1GHz的示波器来测试静电放电，但不是用探头来测试

的，而是用高带宽的BNC线来测试的，这时候系统带宽不会受到差分探头的限制。

     

图三 带宽对测量毛刺精确度的影响

   4，采样率

   每次培训中，我都在口干舌燥地强调，一定要过采样而不要欠采样。如何判断是否过采样，我建议的方法是放大波形后查看上升沿或毛刺上是否有5个以上的点。 对于电源开关管的测量，我建议的采样率是250MS/s以上，如果示波器存储深度足够长，建议用500MS/s采样更好。 我感到难以理解的是，有那么的电源工程师在盲目地使用示波器而拒绝学习示波器最基本的操作要领，甚至有的是在测量Vds电压时并不关心当前的采样率是多少，有的测量Vds电压时，采样率很低而且设置的是正弦插值，甚至有的在1s/div的时基下测试开机过程的Vds电压，甚至有的在滚动模式下测试开机过程的Vds电压。这种盲目地使用必然带来完全错误的结果。在测试Vds电压时一定要“Keep an eye on the Sampling Rate!” 时刻警惕采样率。 过高的采样率会导致捕获的时间太短。工程师们需要根据被测开关管的特点来确定应采样多少采样率是足够的。WaveSurfer24Xs-A的采样率2.5GS/s对于电源测量是足够的了。

    5，存储深度

“长存储，一定要长存储！” 我们反复倾听到电源工程师这样强调。 为什么需要长存储？ 因为电源测试中需要测量在一些动态条件下的MOSFET的Vds电压。这个电压值不能超标，否则电源就“炸机”了。 准确测量Vds其实真是个难题。我在之前的高压“测不准”文章中进行过探讨。 电源工程师需要测试在负载连续变化时（50%-75%-50%，25%-50%-25%动态变化）的Vds值是否超标，需要测试在负载由满载向空载、空载向满载跳变的过程中的Vds值是否超标，需要测试在开机的软启动过程中Vds值是否超标，需要测试PFC电路的输入为一个完整周期10ms时的Vds值是否超标。 以上这些测量中，都是十几毫秒，甚至几十毫秒，上百毫秒的过程。 软启动的时间对于不同类型的电源要求不一样，对于通信电源，要求开机过程很短，十几毫秒甚至更短，对于大功率的UPS、变频器等电源，开机时间很长，甚至达到1s以上的时间。不过，对于大功率电源，开关频率通常很低，只有几KHZ，因此，采样率并不需要250MS/s以上。 软启动时间越短，MOSFET的Vds电压过冲越大。 测量量软启动过程中的开关管电压应力的方法建议是通过单次触发捕获完整的软启动过程后测量Vds的最大值，而不是通过滚动模式来测量。

多少存储深度是足够的？ 5Mpts的存储深度够吗？ 存储深度等于采样率乘以采样时间，如果电源的软启动时间是20ms，设置示波器采样率为 250MS/s，那么需要的存储深度为5Mpts。 如果软启动时间更长，而示波器存储深度只有5Mpts，那么我们要仔细判断一下比250MS/s更低的采样率是否也能实现过采样。  总之，就是这么简单的乘积关系。

WaveSurfer 24Xs-A标配有5Mpts的存储深度，能满足大多数的电源测试需要，如果需要10Mpts的存储深度，可以选择WaveSurfer24MXs-A。

    6，测量功能

    力科的WaveSurfer Xs-A系列是同等产品中唯一可以提供一次性参数测量功能(AIM)的示波器。所谓AIM，就是All In one time Measurement，力科示波器可以对屏幕上捕获到的每个脉冲的水平轴参数同时进行测量，给出最大值最小值平均值等统计信息，而其它品牌只能测量屏幕上的第一个脉冲或中间一个脉冲的水平轴参数。譬如图四的两个图片中，我们明显能看出脉宽是变化的，通过力科示波器，捕获一次就可以测量出最大值是500ns左右，最小值是100ns，但如果用Tek示波器，捕获100次也测量不出实际的最小值100ns，测量出的最小值是500.5ns，最大值是500.8ns。因为Tek示波器只测量屏幕上的第一个脉冲。 AIM这个功能我想是怎么强调都不过分的。想到这个功能我总想起我在电源客户那遇到的这个实际测试案例。图五所示中有两个包络，包络里面的波形是频率和幅值变化的正弦脉冲信号。工程师需要测量出这些变化的信号频率范围。用力科示波器可以非常快速方便地测量出来。如果没有AIM功能，工程师需要减小时基使屏幕上只显示一个脉冲，然后用某种触发方式使这些频率变化的脉冲轮流出现在屏幕上。屏幕上的波形幅度有规律地由大变小再由小变大，看起来很眩目，但很难快速准确地测量出来频率的范围。

     关于AIM功能，我的同事李军曾有专文介绍，请参考阅读。   http://tm.eefocus.com/myspace/blog/show.php?id=161301

 在测量功能方面，WaveSurfer 24Xs-A具有的优势还有：可以同时测量6个参数，测量的速度比同等示波器快10倍以上。同等的示波器，我们知道，其存储深度仅仅是用来观察波形的，在长存储下，它的测量运算速度非常非常慢，没有实际应用价值。您可以做的实验是，捕获一个通道波形，同时测量四个参数如周期，频率，上升时间，下降时间等，您会发现测量一次需要20秒的时间。 据一些示波器的发烧友研究发现，这种所谓长存储的示波器，其处理器架构和TDS3000一样，只是强行地将存储深度加大以卖一个没实用价值的好指标。

                      图四  AIM功能的解释

          

 图五  AIM功能的应用案例 

   7，波形分析功能

   力科示波器具有最强的波形分析功能，这是业界长期的共识。 想到力科示波器，人们就会想到是适合调试分析的工具。WaveSurfer Xs-A标配的 WaveScan功能可以非常便于电源工程师去查找定位异常信号。关于WaveScan功能，请参考阅读我们之前发布的文章:

http://blog.sina.com.cn/s/blog_521262a30100aowc.html

   8，操作便利性

 我们常说，只要您是懂一点示波器的基本原理的，我们可以在20分钟之内

教会你操作力科示波器。 WaveSurfer 24Xs-A是操作起来非常简洁的示波器，可以支持触摸屏、鼠标、前面板三种操作方式，有中文和英文菜单可选，有光标、垂直控制、水平控制、参数测量、波形缩放等快捷设置。

        
图六  操作的简洁性

  我在之前的文章中曾对其操作反应速度之快惊叹不一已。http://tm.eefocus.com/myspace/blog/show.php?id=167148

 9，归档功能

“有80G的硬盘，存储图片确实很方便!” ，“能直接上网真好，网络共享数据方便。” 我们倾听到工程师这样的反馈。WS 24Xs-A有80G的硬盘，每个人可以有一个专属文件件，按一个按钮就可以将图形保存到设定好的文件夹中，您可以随心所欲地存储大量的数据。 WaveSurfer24Xs-A可以直接上网，将您的文件夹共享之后您就可以将大量的数据复制到自己的电脑中。当然，您也可以通过U盘来下载数据。

     图七  WaveSurfer24Xs-A非常便于归档

10、性价比

   人们都喜欢物美价廉的产品。如果您对WaveSurfer24Xs-A或WaveSurfer24MXs-A感兴趣，欢迎和我们各地的力科代表处或代理商联系。建议是先看到产品演示后再了解价格。“价格比我想象中要便宜多了。” 这是我了解到的反馈。

 11，探头及电源测试系统

电源测量需要高压差分探头和电流探头。 对于有些测量必须需要差分放大器DA1855A来测量。力科的高压差分探头ADP305，ADP300和电流探头CP030，CP031，CP150，CP500等都可以支持热插拔，都不需要外供电，自动归零、消磁等操作都很方便。 更复杂的电源测量，我们推荐用力科的WaveRunner Xi-A系列和探头等组成电源测试系统。 这个方面，我需要另文介绍。

 图八 电源测试系统

*博客内容为网友个人发布，仅代表博主个人观点，如有侵权请联系工作人员删除。