Mitkä ovat optisesti eristetyn mittaustekniikan edut ja haitat?

Poikkeuksellisia sähköeristys- ja häiriönkestävyysominaisuuksia hyödyntävä optisesti eristetty mittaustekniikka osoittaa merkittäviä etuja monimutkaisissa suur{0}}jännite- ja{1}}korkeataajuisissa ympäristöissä. kuitenkin se kohtaa myös rajoituksia, kuten korkeat kustannukset ja suuri fyysinen koko.

I. Tekniset keskeiset edut

1. Ultra-High Common Mode Rejection Ratio (CMRR)

Optisesti eristetyt anturit voivat saavuttaa -160 dB:n CMRR:n matalilla-taajuuksilla ja silti ylläpitää yli -100 dB:n tason korkealla 1 GHz:n taajuudella, mikä ylittää huomattavasti perinteisten differentiaalianturien tason (jotka saavuttavat tyypillisesti vain -26 dB 100 MHz:n taajuudella).

Ne pystyvät sieppaamaan tarkasti millivoltti-tason differentiaalisignaaleja ympäristöissä, joihin kohdistuu ±6 kV yhteismuotoisia jännitteitä, mikä tekee niistä erityisen hyvin-soveltuvan kytkentätransienttien mittaamiseen kolmannen-sukupolven puolijohteissa (kuten SiC ja GaN).

2. Korkea eristysjännite parantaa turvallisuutta

Optisen kuidun kautta tapahtuvan sähköisen eristyksen periaatteeseen perustuen tällä tekniikalla voidaan saavuttaa yli 60 kV eristysjännitteet, mikä katkaisee kokonaan sähköisen yhteyden testattavan piirin ja mittauslaitteiston välillä.

Tämä estää tehokkaasti oskilloskoopin korkean{0}}jännitteen rikkoutumisen ja suojaa käyttöhenkilöstöä, mikä tekee siitä ihanteellisen suuren-riskin testausskenaarioihin, joihin liittyy uusia energiaajoneuvojen moottoriohjaimia, aurinkosähköinverttereitä ja vastaavia järjestelmiä.

3. Korkea signaalin eheys ja minimaaliset latausvaikutukset

Tuloimpedanssilla jopa 10 MΩ || 1 pF, kuormitusvaikutus testattavaan piiriin jää alle 0,1 %, jolloin vältetään signaalin vääristymä, joka tyypillisesti aiheutuu perinteisistä antureista löytyvästä johtoinduktanssista.

Nousuajat voivat olla niinkin alhaiset kuin 700 ps, ​​mikä mahdollistaa jopa 100 V/ns:n jännitteen muutosnopeuden (dV/dt) tarkan toistamisen GaN-laitteissa ja luotettavia aaltomuotoja kytkentähäviöiden laskemiseen.

4. Vahva häiriönkestävyys sähkömagneettisille häiriöille (EMI)

Optisen kuidun siirtotiellä ei ole sähkömagneettista kytkentää; näin ollen voimakkaat sähkömagneettiset ympäristöt (kuten viestintätukiasemien tai CNC-työstökoneiden läheltä löytyvät) eivät vaikuta siihen, mikä varmistaa signaalin puhtauden.

Tämä tekee tekniikasta erityisen sopivan mittauksiin, joissa on kelluvia{0}}maapiirejä ja useita potentiaalisia pisteitä, jolloin yhteistä maadoitusta ei tarvita.

II. Ensisijaisen sovelluksen rajoitukset

1. Rajoitettu kaistanleveys ja vastenopeus

Laserdiodien modulaationopeudet ja valodiodien vasteajat rajoittavat valtavirran mallien kaistanleveyttä tyypillisesti 1 GHz:n sisällä-, mikä on pienempi kuin ylimmän-tason passiivisten antureiden (joka voi saavuttaa 6 GHz:n). Ultra-korkeataajuisissa-signaalimittauksissa (esim. 5G RF-tehovahvistimet) saattaa ilmetä taajuusvasteen vaimennusta, mikä johtaa signaalin vääristymiseen.

2. Suuri virrankulutus ja suuri fyysinen koko

Etu-moduuli vaatii itsenäisen virtalähteen (joko akku- tai laser-pohjaista). Lämmönhallintasuunnittelun ansiosta sen fyysinen tilavuus on 3-5 kertaa suurempi kuin perinteisillä antureilla, joiden paino on yli 500 g.

Toimintaa rajoitetaan testattaessa tiheästi asuttuja PCB-levyjä; pitkäaikainen kädessä pidetty käyttö aiheuttaa väsymystä, mikä edellyttää tukitelineen käyttöä.

3. Korkeat kustannukset ja monimutkainen huolto

Laserohjaimen,{0}}tarkan optoelektronisen muunnosmoduulin ja lämpötilan säätöjärjestelmän koostuvan valmistuskustannukset ovat 3–5 kertaa vertailukelpoisten differentiaalianturien valmistuskustannukset.

Aloitus{0}}mallien hinnat ovat yli 10 000 RMB, kun taas huippuluokan-mallien hinnat saavuttavat satoja tuhansia RMB. Lisäksi vahvistus ja lineaarisuus on kalibroitava säännöllisesti, mikä johtaa korkeisiin pitkän aikavälin{5}}käyttökustannuksiin.

4. Tiukat käyttö- ja huoltovaatimukset

Optisen kuidun taivutussäteen on oltava yli 30 mm (joissakin malleissa vaaditaan suurempi tai yhtä suuri kuin 10 cm); liiallinen taivutus johtaa optisen signaalin vaimenemiseen.

Ennen mittausta on arvioitava jännitealue ja valittava sopiva vaimennin; uudelleenkalibrointi vaaditaan, jos ympäristön lämpötila vaihtelee enemmän kuin 5 astetta.

III. Yhteenveto sovellettavista skenaarioista

Trendinäkymät: Uuden sukupolven optisesti eristettyjen antureiden kaistanleveys on nyt ylittänyt 2 GHz. Integroimalla tekoäly-ohjatun signaalinkäsittelyn ja reunalaskennan nämä anturit kehittyvät kohti korkeampaa integrointi- ja älykkyyttä.