Каковы преимущества и недостатки оптически изолированной технологии измерения?

Используя свои исключительные возможности электрической изоляции и помехоустойчивости, технология оптически изолированных измерений демонстрирует значительные преимущества в сложных средах с высоким-напряжением и высокими-частотами; однако он также сталкивается с ограничениями, такими как высокая стоимость и большой физический размер.

I. Основные технические преимущества

1. Сверх-высокий коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR).

Оптически изолированные пробники могут достигать CMRR -160 дБ в низкочастотном-диапазоне частот и при этом поддерживать уровень более -100 дБ на высокой частоте 1 ГГц, что намного превышает уровень традиционных дифференциальных пробников (которые обычно достигают всего -26 дБ на частоте 100 МГц).

Они способны точно улавливать дифференциальные сигналы милливольтного-уровня в средах с синфазным напряжением ±6 кВ, что делает их особенно хорошо-подходящими для измерения переходных процессов переключения в полупроводниках третьего-поколения (таких как SiC и GaN).

2. Высокое напряжение изоляции для повышения безопасности.

Основанная на принципе электрической изоляции через оптическое волокно, эта технология позволяет достигать напряжения изоляции, превышающего 60 кВ, тем самым полностью разрывая электрическое соединение между испытуемой цепью и измерительным оборудованием.

Это эффективно предотвращает-пробой осциллографа при высоком напряжении и защищает обслуживающий персонал, что делает его идеальным для сценариев испытаний с высоким-риском, связанных с новыми контроллерами двигателей транспортных средств, фотоэлектрическими инверторами и аналогичными системами.

3. Высокая целостность сигнала и минимальные эффекты нагрузки.

Входное сопротивление достигает 10 МОм || 1 пФ, влияние нагрузки на тестируемую цепь остается ниже 0,1%, что позволяет избежать искажения сигнала, обычно вызываемого индуктивностью выводов, характерной для традиционных пробников.

Время нарастания может составлять всего 700 пс, что позволяет точно воспроизводить скорость нарастания напряжения (dV/dt) до 100 В/нс в GaN-устройствах и обеспечивает надежные формы сигналов для расчета потерь переключения.

4. Сильная невосприимчивость к электромагнитным помехам (EMI).

Путь передачи по оптоволоконному кабелю свободен от электромагнитной связи; следовательно, на него не влияет сильная электромагнитная среда (например, рядом с базовыми станциями связи или станками с ЧПУ), тем самым обеспечивая чистоту сигнала.

Это делает эту технологию особенно подходящей для измерений с использованием цепей плавающего-земляного заземления и нескольких потенциальных точек, что устраняет необходимость в общем заземлении.

II. Основные ограничения приложения

1. Ограниченная пропускная способность и скорость ответа

Из-за ограничений скорости модуляции лазерных диодов и времени отклика фотодиодов полоса пропускания основных моделей обычно ограничена до 1 ГГц-это диапазон ниже, чем у пассивных пробников верхнего-уровня (которые могут достигать 6 ГГц). При измерениях сверх-высоко-сигналов (например, ВЧ усилителей мощности 5G) может произойти затухание частотной характеристики, что приводит к искажению сигнала.

2. Высокое энергопотребление и большой физический размер.

Для внешнего-модуля требуется независимый источник питания (батарейный или лазерный-). Благодаря конструкции терморегулирования его физический объем в 3–5 раз больше, чем у традиционных зондов, а вес превышает 500 г.

Работа ограничена при тестировании плотно заполненных печатных плат; длительное использование с рук вызывает утомление, что требует использования подставки.

3. Высокая стоимость и сложное обслуживание.

Стоимость изготовления, состоящая из лазерного драйвера, высокоточного-модуля оптоэлектронного преобразования и системы контроля температуры, в 3–5 раз превышает стоимость сопоставимых дифференциальных датчиков.

Цены на модели начального-уровня превышают 10 000 юаней, а модели высшего-класса достигают сотен тысяч юаней. Кроме того, требуется периодическая калибровка коэффициента усиления и линейности, что приводит к высоким долгосрочным-эксплуатационным затратам.

4. Строгие требования к использованию и техническому обслуживанию.

Радиус изгиба оптического волокна должен превышать 30 мм (для некоторых моделей требуется больше или равный 10 см); чрезмерный изгиб приведет к ослаблению оптического сигнала.

Перед измерением необходимо оценить диапазон напряжения и выбрать соответствующий аттенюатор; повторная калибровка необходима, если температура окружающей среды колеблется более чем на 5 градусов.

III. Краткое изложение применимых сценариев

Прогноз тенденций: полоса пропускания нового поколения оптически изолированных зондов превысила 2 ГГц. Благодаря интеграции обработки сигналов на базе искусственного интеллекта-и периферийных вычислений эти зонды развиваются в направлении более высокого уровня интеграции и интеллекта.