作者/ 孙丽萍1 蔡光跃2 周银锦3 汪进进4
1.上海健康医学院(上海 201318) 2.上海电子信息作业技能学院(上海 201411)
3.深圳市江波龙电子有限公司(广东 深圳 518057)4.深圳市鼎阳科技有限公司(广东 深圳 518101)
摘要：本文将传统的丈量电源PARD的方法改善，用于手持式医疗设备电源PARD的丈量，以医用平板电脑电源为特例。丈量时不做20MHz带宽约束，挑选500MHz带宽做开始丈量，再依据实践情况挑选适宜的带宽。在丈量中，本文弃用示波器探头，改用1:1衰减50欧姆的同轴电缆测验。比照试验验证成果表明，改善后的丈量方法能正确反映手持式医疗设备电源输出电压PARD的实在情况，为按捺电源特别是特别用处电源PARD供给了思路。
导言
直流电源输出的沟通杂散称为纹波和噪声，或称作周期和随机差错(PARD，Periodic And Random Deviation)。纹波指输出中的沟通周期信号，在频域调查时，纹波显现为杂散呼应。与周期性纹波不同，噪声是随机的，噪声散布在很宽的频谱上，用频谱剖析仪检查时，显现为基线升高。由于纹波和噪声一般混合在一起不简略区分隔，在本文顶用PARD表明这种组合作用。PARD目标是电源质量点评的一项重要内容，“洁净”的电源是电路正常作业的条件，也是器材中各项参数的重要保障，特别医疗和健康范畴的电子产品，比方手持式医疗设备。本文以医用平板电脑为剖析研讨的特例，医用平板电脑现在已是医务人员重要的医疗辅助东西，如记载病例，实时记载患者病况，实时长途确诊等。因而，其电源PARD要求严厉，既不能对其他医疗设备形成影响，也不能由于自身的PARD使其作业不安稳形成重要的医疗数据丢掉。因而，准确的丈量医用平板电脑电源的PARD，为电源规划和调整打下根底，是每个医疗器械职业电源工程师的重要作业。本文经过紧密的试验，比照传统的电源PARD丈量方法，提出并试验验证改善的方法和过程，成果证明其有用性。
1 传统电源PARD丈量方法
电源PARD丈量首要有两种东西，数字存储示波器和沟通毫伏表。沟通毫伏表能便利地测出电源PARD的有用值，但有用值和沟通毫伏表的频响有很大联系[1]，不同的频率会有不同的测验值，因而，选用适宜频响的沟通毫伏表是准确丈量的要害。沟通毫伏表不能直观地调查电源PARD波形，因而，绝大大都电源PARD的丈量都选用数字存储示波器。
(1)选用笔直档位比较小的数字存储示波器。由于PARD一般的丈量数值都是几毫伏/毫安到几十毫伏/毫安不等，假如数字存储示波器自身的笔直档位太大，则测出的PARD值大略而不准确，所以模仿示波器就不合适丈量PARD。依据测验经历，笔直档位最好有1mV/div或更小，便利准确丈量PARD。
(2)稳重挑选直流电子负载。在电子负载大规模运用之前，一般都选用精度比较高的滑动变阻器来操控调理电源电流输出。但滑动变阻器无法调整精度，自身也有热噪声的问题，现在一般都选用直流电子负载。要注意的问题首要是直流电子负载自身的PARD要满足小，不能影响电源PARD的丈量。当然，假如是丈量固定负载的电源PARD，能够不必直流电子负载。
(3)选用存储深度比较大的数字存储示波器。PARD波形一般都比较杂乱无序，需求看到更多PARD波形细节，就要求满足大的存储深度。因而为了准确丈量，一般选用2Mega点以上的存储深度。
(4)选用100MHz带宽以上的示波器，并翻开20MHz带宽约束。传统的开关电源开关频率在几十Hz到几MHz之间，其作业中发生的PARD一般都小于20MHz，20MHz以上能够疏忽不计。因而，需求翻开20MHz带宽约束避免偶发高频信号串扰。依据示波器带宽的界说，20MHz带宽的示波器实践测验起伏只为输入的70.7%，因而，有必要选用5~10倍最高信号频率带宽的示波器。
(5)弃用示波器探头，选用50欧姆的同轴电缆或双绞线。示波器探头地线和探针之间简略耦合进环路搅扰噪声，使PARD呈现测验差错。50欧姆的同轴电缆或双绞线合适各种杂乱环境测验，让外界搅扰降到最小。有的数字存储示波器设有标准的50欧姆输入阻抗，这一设置更便利丈量，不过需求50欧姆输入阻抗有比较高的功率。
(6)数字存储示波器自身应该杰出接地。杰出接地一是避免电源地线的串扰对丈量形成影响，减小差错;二是为了示波器和试验者的安全。
(7)运用数字存储示波器的沟通耦合。丈量PARD，不需求得到直流信号的细节，更多重视的是PARD的起伏，波形等，因而，用沟通耦合直接把直流信号成分滤除。假如直流输出较小，在几伏以下，又需求直观的看到直流成分，能够运用直流耦合，得到全波形。丈量的成果为直流成分加上PARD峰值。
以上七条，适用于市场上大都电源的PARD丈量。在实践运用中，不同的职业也有不同的要求，特别是对健康要求严厉的医疗职业、迅猛发展的通讯职业、3C电子工业等，其产品内部电源很多运用了高频器材，20MHz以上的PARD就不能疏忽，需求正确的选用数字存储示波器和设置其带宽约束。
2 改善的医用平板电脑电源PARD丈量方法
医用平板电脑和往常的平板电脑无差异，但运用环境和其作用比后者更严苛。医用平板电脑电源自身的PARD不能影响其他精细医疗器械的作业，也不能对某些特别患者的健康形成要挟，并且所记载的医疗数据要求可靠，不受影响。针对医用平板电脑，将以上方法的中心第四条改善如下：
选用500MHz或以上高带宽的数字存储示波器，调查PARD波形，记载PARD峰峰值和有用值，别离翻开200MHz带宽约束、100MHz带宽约束和20MHz带宽约束，别离记载PARD峰峰值和有用值。比较数值，以最大的PARD有用值为终究的电源PARD值。如图1为改善的电源PARD丈量方法衔接框图。
3 试验验证及剖析
为了验证改善作用，试验选用深圳鼎阳公司出产的SDS3052数字存储示波器，其首要参数为：带宽500MHz，实时采样率4G Sa/s，存储深度为10Mpts/CH，最小笔直档位1mV/div，波形捕获率最高250000帧/s，带50欧姆输出阻抗。
丈量对象是一款医用平板电脑扩容外设，如图2所示。此设备是经过在医用平板电脑上装置对应的APP，在充电口参加外围模块来完成对平板电脑的扩容。这一款设备所用的存储介质是Micro SD卡。对其间Micro SD卡存储部分的信号进行检测，检测这一部分回路是否契合SD标准。由于是固定电压丈量，不需求运用直流电子负载来调理输出电流。在运用数字存储示波器检测SDVCC电压的时分，依据对电源PARD的丈量经历，丈量电源PARD一般应约束在20MHz带宽。
首要丈量产品给SD供电的电压波形。依照存储芯片Micro SD卡供电要求的规模：2.7~3.6V，不允许超出此规模，不然，芯片在不安稳的电压下作业会有比较大的危险，乃至会对医用平板电脑正常作业带来影响。
医用平板电脑引出来的端口作为电源的源端，而经过后端的外围模块后在结尾进行测验，电源经过了一段PCB走线，包含一些芯片回路，应该存在高频的PARD，假如选用20MHZ的带宽约束，实践上是将本来归于模块的PARD滤掉了，为此，进行比照测验验证。
第一步，验证医用平板电脑的供电端在作业时的电压输出，经过直接验证确保源端的供电是正常的，如图3所示。
经过测验，源端的电压值在3.4V左右，即便运用数字存储示波器探头以及地线，带宽放宽至500MHz，峰峰值最大才为29mV，是十分安稳的供电。因而扫除源端供电的问题。如图4所示的波形和测验成果。
第二步，直接在经过整个模块后在Micro SD卡的供电脚SDVCC对电压进行丈量，如图5。也选用数字存储示波器探头和地线，带宽500MHz。当对供电点进行测验时，发现电源上有相当大的PARD，超出了标准要求的规模，最大值到达3.814V，峰峰值最大到达854mV。如图6所示测验的PARD波形和成果。
当把数字存储示波器SDS3052设置为20MHz带宽约束时，电源输出变得十分好，彻底在供电要求的规模内。如图7所示20MHz带宽约束时的波形和成果。
以上的测验，假如依照20MHz带宽约束进行，会给丈量带来误判，由于的确存在比较大的高频PARD，数字存储示波器的前端滤波会将自身存在的PARD滤掉，因而，有必要选用500MHz带宽进行测验。不过，以上的测验还不能确证PARD的巨细，别的，选用了无源的示波器探头加地线，也不能清晰给出丈量成果的差错。
第三步，选用不同的接地环路对相同的测验点进行丈量，如图8所示，用带地线和绷簧接地针的数字存储示波器探头进行测验。带绷簧接地针的测验回路削减了信号的回流途径，测验成果比本来的6英寸接地线作用好一些，但不同不大，最大值为3.8V，但依据经历判别，成果不行准确。
第四步，数字存储示波器标配的10:1无源探头会对信号丈量带来比较大的差错，会将数字存储示波器自身的底噪进步10倍。因而，改用1:1衰减，50欧姆的同轴电缆对产品再次丈量，以确保反映产品电源PARD的实在情况。如图9所示选用1:1衰减50欧姆同轴电缆丈量，图10为测验波形和成果。
选用1:1衰减50欧姆同轴电缆测验的成果，最大值为3.645V，比运用无源探头3.814V的丈量值少0.169V。测验的成果仍是超出要求的规模，尽管0.045V的PARD短时间内对医用平板电脑不会形成严峻危害，但长时间作业在比较大的PARD内会使器材加快老化，缩短运用寿命。在手持式医疗设备中，过大的电源PARD，对其他精细医疗器械有搅扰的危险。因而需求做十分准确的PARD丈量，应挑选1:1衰减50欧姆电缆丈量，尽量削减丈量差错，然后选用合格的手持式医疗设备。
4 定论
本文首要从试验测验的视点剖析怎么有用的丈量手持式医疗设备电源(医用平板电脑电源为特例)的PARD。假如选用传统的丈量方法，直接挑选20MHz带宽约束进行测验，将无法正确的反映医用平板电脑电源输出的实在情况。在医疗器械范畴中涉及到设备电源电压监控丈量中，应考虑到内部高频器材的搅扰，不能简略把带宽约束在20MHz。详细挑选多大的带宽，要详细问题详细剖析，最简略的方法是从高带宽(例如500MHz)往下验证，得出电源PARD最实在的值。如需求准确的丈量电源的PARD，应当不必数字存储示波器的探头，改用1:1衰减50欧姆的同轴电缆或双绞线进行丈量。
参考文献:
[1]张国安,翟长生,祁承超,张显才.冲量操控技能消除开关电源低频纹波的研讨[J].电力电子技能,2009,15(04):213-215.
本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2016年第10期第73页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
