Jaké jsou výhody a nevýhody opticky izolované měřicí technologie?

Opticky izolovaná měřicí technologie využívá své výjimečné schopnosti elektrické izolace a odolnosti proti rušení a prokazuje významné výhody ve složitých vysoko{0}}napěťových a vysokofrekvenčních{1}} prostředích; naráží však také na omezení, jako je vysoká cena a velká fyzická velikost.

I. Základní technické výhody

1. Ultra-vysoký poměr odmítnutí společného režimu (CMRR)

Opticky izolované sondy mohou dosáhnout CMRR -160 dB v nízko-frekvenčním rozsahu a stále si udržet úroveň přes -100 dB při vysoké frekvenci 1 GHz, což je mnohem více než u tradičních diferenciálních sond (které obvykle dosahují pouze -26 dB při 100 MHz).

Jsou schopny přesně zachytit milivoltové-diferenciální signály na úrovni milivoltů v prostředích pod napětím ±6 kV v běžném režimu, díky čemuž jsou zvláště vhodné-pro měření spínacích přechodových jevů v polovodičích třetí-generace (jako jsou SiC a GaN).

2. Vysoké izolační napětí pro zvýšenou bezpečnost

Na principu elektrické izolace pomocí optického vlákna může tato technologie dosáhnout izolačního napětí přesahujícího 60 kV, a tím zcela přerušit elektrické spojení mezi testovaným obvodem a měřicím zařízením.

To účinně zabraňuje vysokonapěťovému zhroucení osciloskopu a chrání obsluhující personál, takže je ideální pro vysoce-rizikové testovací scénáře zahrnující nové ovladače motorů energetických vozidel, fotovoltaické měniče a podobné systémy.

3. Vysoká integrita signálu a efekty minimálního zatížení

Se vstupní impedancí dosahující až 10 MΩ || 1 pF, zatěžovací účinek na testovaný obvod zůstává pod 0,1 %, čímž se zabrání zkreslení signálu, které je typicky způsobeno indukčností vedení nacházející se u tradičních sond.

Doba náběhu může být až 700 ps, ​​což umožňuje přesnou reprodukci rychlostí přeběhu napětí (dV/dt) až 100 V/ns v zařízeních GaN a poskytuje spolehlivé průběhy pro výpočet spínacích ztrát.

4. Silná odolnost vůči elektromagnetickému rušení (EMI)

Přenosová cesta optického vlákna je bez elektromagnetické vazby; v důsledku toho zůstává neovlivněn silnými elektromagnetickými prostředími (jako jsou ta, která se nacházejí v blízkosti komunikačních základnových stanic nebo CNC obráběcích strojů), čímž je zajištěna čistota signálu.

Díky tomu je tato technologie zvláště vhodná pro měření zahrnující plovoucí{0}}zemní obvody a více potenciálních bodů, což eliminuje potřebu společného zemního spojení.

II. Primární omezení aplikace

1. Omezená šířka pásma a rychlost odezvy

Šířka pásma běžných modelů je omezena rychlostmi modulace laserových diod a dobou odezvy fotodiod a je obvykle omezena na 1 GHz-, což je rozsah nižší než u špičkových- pasivních sond (které mohou dosáhnout 6 GHz). Při měření ultra-vysoko-frekvenčního signálu (např. 5G RF výkonové zesilovače) může docházet k útlumu frekvenční odezvy, což vede ke zkreslení signálu.

2. Vysoká spotřeba energie a velká fyzická velikost

Přední-modul vyžaduje nezávislé napájení (buď baterie nebo laser{1}}). Díky konstrukci tepelného managementu je její fyzický objem 3 až 5krát větší než u tradičních sond s hmotností přesahující 500 g.

Provoz je omezen při testování hustě osídlených PCB; dlouhodobé používání v ruce způsobuje únavu, což vyžaduje použití podpěrného stojanu.

3. Vysoké náklady a složitá údržba

Výrobní náklady, které obsahují laserový ovladač, vysoce-přesný optoelektronický konverzní modul a systém řízení teploty, jsou 3 až 5krát vyšší než u srovnatelných diferenciálních sond.

Modely základní{0}}úrovně mají cenu vyšší než 10 000 RMB, zatímco modely nejvyšší{3}}úrovně dosahují stovek tisíc RMB. Kromě toho je nutná pravidelná kalibrace zesílení a linearity, což vede k vysokým dlouhodobým-provozním nákladům.

4. Přísné požadavky na používání a údržbu

Poloměr ohybu optického vlákna musí přesáhnout 30 mm (některé modely vyžadují větší nebo rovnou 10 cm); nadměrné ohýbání bude mít za následek útlum optického signálu.

Před měřením je třeba odhadnout rozsah napětí a vybrat vhodný útlumový člen; Pokud okolní teplota kolísá o více než 5 stupňů, je nutná rekalibrace.

III. Shrnutí použitelných scénářů

Trend Outlook: Šířka pásma nové generace opticky izolovaných sond nyní přesáhla 2 GHz. Díky integraci AI-řízeného zpracování signálu a edge computingu se tyto sondy vyvíjejí směrem k vyšším úrovním integrace a inteligence.