Szélsőséges esetben a korszerű elektronikus rendszerek akár több száz energiaellátó hálózatot is tartalmazhatnak. Ezeket külön-külön kell ellenőrizni annak érdekében, hogy az integrált áramkörök kivezetésein az előírt tűréshatárokon belüli, megfelelő minőségű tápfeszültség jelenjen meg. Az ilyen jellegű vizsgálatok oszcilloszkópokkal végezhetők el, melyek nem csupán az egyenfeszültség szintjének mérésére alkalmasak, hanem a minőségének megállapítására is. A hagyományos oszcilloszkópokkal és mérőfejekkel azonban nehéz kivitelezni e vizsgálatokat, mert a belső zajszintjük és egyenszint-eltolódásuk következtében sokszor elégtelen a pontosságuk.
A napjaink elektronikus alkatrészeit – például FPGA-kat, ASIC-eket és DDR-memóriákat – tápláló sínek feszültségszintjei folyamatosan csökkennek, a velük szemben támasztott tűréshatárok pedig egyre szigorúbbak (3. ábra). Míg egy hagyományos, 5 V-os tápfeszültség nagysága az előírt 10%-on belüli hibával bármely oszcilloszkóppal megmérhető, egy 1 V-os energiaellátó sín 2%-on belüli hibával történő vizsgálata 20 mV-os tűrést jelent. Ez számos műszer és mérőfejrendszer belső zajának nagyságrendjébe esik, így sok esetben lehetetlen pontosan megmérni ezeket a szinteket.
R&S®RT-ZPR20 típusú tápsínmérő fej
Az új, R&S®RT-ZPR20 típusú, aktív tápsínmérő fejet (1–5. ábra) kifejezetten az R&S®RTO és R&S®RTE-sorozatú oszcilloszkópokkal történő gyors, pontos tápfeszültség-tisztasági vizsgálatokhoz fejlesztették ki. Egyedülálló módon egy beépített – R&S®ProbeMeter nevű – egyenfeszültség-mérő fokozatot is tartalmaz. Ez rendkívül hasznos lehet, ha gyorsan meg kell határozni, hogy milyen mértékű egyenszint-eltolódás kompenzálására van szükség (lásd lent).
|
Az R&S®RT-ZPR20 típusú mérőfejekkel kétféleképpen mérhetünk bele energiaellátó hálózatokba. Egyik lehetőség a 350 MHz-es keresőfej használata, amely kitűnően alkalmas egy elektronikus rendszer többféle tápellátó körének gyors bemérésére. A Rohde & Schwarz mérőszonda-illesztkőkábeléhez SMA-csatlakozóval toldható hozzá és többféle kiegészítő tartozékkal rendelkezik, például földhurkok kiküszöbölésére szolgáló földelőrugóval, illetve különféle csíptetőkkel, amelyekkel alkatrészek kivezetéseire és mérőpontokra lehet ráfogni. A másik lehetőség akkor jön számításba, ha precíz, kiszajú, nagy sávszélességű mérésekhez megbízható, jó minőségű érintkezést kell biztosítani. Ebben az esetben általában egy 50 Ω-os, SMA-csatlakozós koaxiális kábelt kell a mérőfejhez csatlakoztatni, melynek másik végét az áramkörbe kell beforrasztani (4. ábra)
|
Különösen alacsony belső zajszint
Minden oszcilloszkóp bemeneti fokozata és minden mérőfej rendelkezik saját zajjal, amely hozzáadódik a jelhez. Kis jelamplitúdók esetén ezért a csúcstól csúcsig vett értékek felülreprezentáltak lesznek, ezért a lehető legkisebb saját zajjal rendelkező műszereket és szondákat kell használni.
Az R&S®RT-ZRP20 típusú tápsínmérő fej az R&S®RTO, illetve R&S®RTE-sorozatú oszcilloszkóppal együtt 1 GHz-es sávszélességben, 1 mV/osztás függőleges érzékenység mellett mindössze 120 μV-os hatásos (RMS) zajfeszültséggel rendelkezik. 1:1 arányú átvitelének köszönhetően ennél a szondánál nem lép fel a 10:1 csillapítású mérőfejeknél tapasztalható, tízszeres zajszintnövekedés, ami abból adódik, hogy az utóbbiak a jelszintet a tizedére csökkentik, miközben a rendszer belső zajszintje változatlan marad.
Egyenszint-eltolódás kompenzálása a ±60 V-os tartományban
Az oszcilloszkópok jellemzően nem képesek olyan mértékben kompenzálni az egyenszint-eltolódást, hogy a napjaink áramköreiben előforduló, számos különféle tápfeszültségsínt közvetlenül, nagy felbontással lehessen velük vizsgálni. Mindennek két hátrányos következménye van: egyrészt a jelet nem lehet a műszer függőleges dinamikatartományának közepére állítani, így kisebb csatornaérzékenységet kell beállítani, ami végső soron azt eredményezi, hogy az A/D-átalakító felbontásának csak egy töredékét használjuk ki. Másrészt a függőleges felbontás a zajszintre is hatással van, az érzékenység csökkentése tehát zajosabb méréseket eredményez, a csúcstól csúcsig vett értékek felülreprezentálásához vezetve.
Egyesek leválasztókondenzátorokat iktatnak be a jelútba, vagy az oszcilloszkóp saját csatolókondenzátorát használják az egyenáramú összetevő kiszűrésére. Ennek az a hátránya, hogy ilyen esetekben a tápsín valódi egyenfeszültsége és a lassú szintváltozások sem mérhetőek, ami az áramkörök ki-be kapcsolásakor szokott fellépni.
Az R&S®RT-ZPR20 típusú mérőfej ±60 V-os kompenzálási tartományának köszönhetően a fent említett problémák áthidalhatóak. Számos különféle tápfeszültségszabvány esetén az egyenáramú tápsínek feszültségszintje e szondákkal az oszcilloszkóp dinamikatartományának közepére állítható, lehetővé téve bármilyen esetlegesen előforduló, lassú szintváltozás pontos mérését és megjelenítését (2. ábra).
Akik kizárólag hullámosság- és zajméréseket szeretnének végezni, váltakozó áramú (AC-) csatolást is beállíthatnak a mérőfejen. Ekkor gyorsan áthelyezhető a szonda különféle feszültségszintű tápsínek között anélkül, hogy rendszeresen egyenszint-kompenzálást kellene végezni.
2 GHz-es sávszélesség
Becsatolt jelek és felharmonikusok tápsíneken történő vizsgálata szintén régi probléma. Órajelforrásokhoz közel huzalozott vezetékeken és egyéb csatolások révén az energiaellátó hálózatokon sokszor tapasztalható nagyfrekvenciás áthallás, ami csak nagy sávszélességű méréssel mutatható ki. Erre az olcsóbb árfekvésű, 1:1 osztásarányú, 38 MHz-es mérőfejek, amelyeket gyakran használnak tápfeszültség-tisztasági vizsgálatokhoz, nem alkalmasak. Ezekkel a szondákkal csak kisfrekvenciás hullámosság mérhető, a nagyfrekvenciás tranziensek nem.
Az R&S®RT-ZPR20 típusú mérőfej névleges határfrekvenciája 2 GHz, –3 dB-es pontja jellemzően 2,4 GHz közelébe esik, így akár még 2,4 GHz-es becsatolt WLAN-jelek is kimutathatók vele.
A tápfeszültség-tisztasági mérések során gyakran kell lassú időalappal, de nagy mintavételi sebességgel hibakeresést végezni. Egy oszcilloszkópnak ezért nagy memóriával kell rendelkeznie az ilyen eseteken szükséges hosszú idejű mérések végrehajtásához. Az R&S®RTO és R&S®RTE-sorozatú oszcilloszkópok céláramkörökkel megvalósított FFT-analízise során a spektrumkép frissítése elegendően gyors ahhoz, hogy a fejlesztők számára komoly segítséget nyújtson (6. ábra).
Nagy bemeneti impedancia
A mérőfejek tápsínekre gyakorolt terhelését minimalizálni kell annak érdekében, hogy a szondák ne okozzanak feszültségváltozást. A tápsínek impedanciája jellemzően 1 mΩ nagyságrendjébe esik, ezért, ha például az oszcilloszkóp 50 Ω-os bemenetét közvetlenül a tápvezetékekhez csatlakoztatjuk, az egyenfeszültség értéke megváltozhat. A leírt hatás minimalizálása érdekében az R&S®RT-ZPR20 típusú mérőfej bemeneti impedanciája egyenáramú (DC-) csatolás esetén 50 kΩ.
Összefoglalás
A korszerű rendszerekben kisebb feszültségszinteken és szigorúbb tűrések mellett végzett tápfeszültség-tisztasági mérések komoly kihívást jelentenek a hagyományos oszcilloszkópok és mérőfejek számára. Az új, R&S®RT-ZPR20 típusú, kifejezetten ilyen jellegű vizsgálatokhoz kifejlesztett tápsínmérő szondával könnyen áthidalhatók e nehézségek.1:1 arányú átvitelének köszönhetően nem csupán kis zajszint jellemzi, hanem ±60 V os egyenfeszültség-kompenzálási tartománya, 2 GHz-es sávszélessége, 50 kΩ-os egyenáramú bemeneti impedanciája és beépített egyenfeszültség-mérője következtében a korszerű energiaellátó hálózatok beméréséhez szükséges minden képességgel rendelkezik. A szonda a 200 MHz és 2 GHz közötti felső határfrekvenciákkal rendelkező, R&S®RTE-sorozatú, illetve a 600 MHz és 6 GHz közötti sávszélességekkel rendelhető, R&S®RTO-családba tartozó oszcilloszkópokkal használható.
