电源接地不良对示波器测试产生的干扰问题

示波器操作人员有时会发现这样一个现象：使用探头探测信号时，被测信号上下跳动，波形不正常，如果使用余晖显示，则波形糊成一团，如下图所示：

图一 糊住的波形

通常这种情况下，测试人员会怀疑是触发的问题，但当上下调节触发电平时，波形位置会随着触发电平的变化：如触发电平调高，则波形的位置上升，触发电平调低，波形位置又降低，如下图所示：

图二 调高触发电平，波形位置上升

图三 调低触发电平，波形位置下降

如果您在工作中也发现类似现象，则很大的可能是：您的测试存在接地不良的情况。更准确地说是：您测试系统的信号回流路径过长。
我们都知道，从信号发送器流出的信号，都会最终流回发送器。单端信号的“地”是信号的回流路径；而差分信号的回流路径比较复杂一些，差分对的正负端是依靠公共的参考来回流的。所以在测试中，如果单端探头的地线没有有效连接；或差分探头的正负端中的任何一端没有有效连接，以及示波器的参考“地”没有能和被测件的地连接，则通过探头馈入示波器的信号就无法通过正常的路径回流，而必须经过供电设备（如开关电源、电力网络等）回流，因而受到供电设备的影响，从而可能出现上面几幅图的情况。
在上图的例子中，当我们把时基增大到10mS/div的时候，看到如下图形，发现信号有明显的周期性，简单地使用光标测量，发现周期为20ms左右，则可以大致确定信号受到了工频的干扰。在一些复杂干扰的实例中，测试人员可以使用示波器的FFT工具来查找干扰的来源，以确定是否是接地不良带来的工频干扰或开关电源干扰。

图四 信号受到干扰后的轮廓
发现问题以后，重新接好地线，波形恢复正常，原来这是一个10MHz左右的时钟信号。问题解决，如下图所示：

图五 正确的信号
小结：这是一个测试中常见的小问题，有经验的工程师都可以很容易地解决。就这个小问题，测试人员可以注意以下细节：
l 使用探头测试时，一定要注意信号回流路径，如果发现波形上下跳动，就需要考虑接是否是接地线异常；
l 信号回流路径尽可能短；或者如果考虑地线和信号线形成的一个闭合面，这个面的面积需要尽可能小；
l 测试准备工作中，单端探头测试时可以使用接地线（带鳄鱼夹或香蕉头的导线）将被测信号的参考点与示波器的外壳（也就是示波器的“地”）连接起来；差分探头测试时应该将示波器和被测设备共地。如果示波器和被测设备使用同一个接地良好的电源插线板，则这一步一般可以省去。浮地测试等情况比较复杂，应具体情况具体分析；
l 地线未能可靠连接或差分探头一端悬空的情况在高压、浮地测试中十分危险，应严格避免。即使在普通差分信号的测试中，如果差分探头一端悬空，当被测信号的差模电压+共模电压超过了差分探头的差模测试范围，也可能损坏探头；