示波器多通道同步测试与接地点优化实践——以 Buck 型 DCDC 转换器为例

一、测试场景与目标

1. 被测对象

12V 输入转 5V/3A 输出的同步 Buck 转换器，需验证：

输入电压纹波（CH1）、输出电压稳定性（CH2）

开关管驱动信号时序（CH3）、电感电流波形（CH4）

不同接地点对测量精度的影响

2. 核心需求

4 通道同步采样，时序偏差≤1μs

区分芯片近端地、PCB 平面地、机壳接地三种场景

规避接地环路导致的波形失真和设备损坏风险

二、测试设备配置

三、多通道接线与接地点设计

1. 通道分配原则

CH1：输入电压（Vin）→ 测量电解电容两端

CH2：输出电压（Vout）→ 测量负载电阻近端

CH3：驱动信号（Gate）→ 开关管栅极

CH4：电感电流（IL）→ 串联在功率电感回路

2. 三种接地点实施方案

关键操作：所有探头接地线均采用最短路径，避免形成≥3cm 的环路（参考摘要 2：2cm 接地线振荡最小）；示波器电源线采用 2 芯无接地设计，规避市电短路风险（参考摘要 3）。

四、测试参数设置

同步触发配置：

触发源：CH3（驱动信号上升沿）

触发电平：2.5V（逻辑高电平阈值）

采样率：2.5GSa/s，存储深度：1Mpts（确保捕获 10 个开关周期）

通道参数：

CH1/CH2：1V/div，DC 耦合，10:1 衰减

CH3：500mV/div，DC 耦合，1:1 衰减

CH4：1A/div（电流探头增益），AC 耦合

五、不同接地点测试结果对比

1. 波形对比分析

2. 典型问题与解决

问题 1：机壳接地时出现电流波形过冲

原因：20cm 长接地线形成大电感（≈1μH），与分布电容谐振

解决：改用星形接地柱缩短接地路径，过冲降至 ±0.3A

问题 2：PCB 平面地测量时纹波翻倍

原因：输入输出地平面存在 30mV 共模电压（万用表实测）

解决：采用差分探头重新测量（CH1-CH2），纹波恢复至 22mV

六、多通道测试关键技巧

同步精度保障：

统一示波器参考时钟，避免多机互联时差（双机同步误差≤4.8μs）

所有探头校准延迟补偿（示波器自动校准功能）

接地安全规范：

测量高压信号（如 Vin=12V）前，用万用表确认被测地与示波器地无电位差

优先使用差分探头测量浮地信号，避免直接接地导致短路

七、工程应用总结

接地点选择原则：

高速信号（驱动、时钟）→ 芯片近端地（≤3cm 地线）

电源纹波测量 → PCB 电源平面地（就近接地）

强干扰环境 → 星形接地柱 + 差分探头组合

多通道扩展方案：

通道数不足时，采用双机互联（需同品牌示波器）

混合信号测试（电压 + 电流 + 温度）→ 搭配逻辑分析仪模块

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