Heutige komplexe Schaltungen müssen mehrere Komponenten integrieren, die unterschiedliche Leistungspegel nutzen. Eine robuste Schaltung, die die Interoperabilität dieser Komponenten gewährleistet, benötigt sorgfältig konzipierte, saubere und stabile Stromverteilungsnetze für die Stromtaktung. Bei niedrigeren Spannungspegeln wird die Toleranz in Prozent angegeben und kann genaue Messungen erschweren.
Ihre Anforderung
Der Ein- oder Ausschaltvorgang eines Schaltungsdesigns spielt eine entscheidende Rolle für die zuverlässige Funktion eines Geräts und stellt sicher, dass alle Teile und Komponenten unter den vorgesehenen Spannungsbedingungen einwandfrei arbeiten. Ein Oszilloskop eignet sich ideal zum Überprüfen des zeitlichen Verhaltens einer Stromversorgungsleitung. Ein typisches 4-Kanal-Oszilloskop ermöglicht jedoch nur eine eingeschränkte Analyse komplexer Schaltungen. Bei niedrigen Versorgungsspannungen und Toleranzen im Bereich von 1 % bis 2 % wird es durch das Eigenrauschen von Messgerät und Tastkopf schwierig, genaue Messergebisse zu erzielen. Schnell schaltende Lasten und hochfrequente Störeinkopplungen können zu Problemen führen, insbesondere im Zusammenhang mit elektromagnetischen Störungen (EMI).
Lösung von Rohde & Schwarz
Die MXO 5 Oszilloskope vereinfachen die Analyse von Einschaltsequenzen durch müheloses Abtasten verschiedener Versorgungsleitungen. Dank der acht Analogkanäle und 16 Logikkanäle kann das Oszilloskop den unterschiedlichsten Erfassungsanforderungen gerecht werden und bietet umfassende Einblicke in mehrere Versorgungsleitungen. Mit dem branchenweit größten Standardspeicher von 500 MPunkten pro Kanal eignet sich das Oszilloskop hervorragend zum Erfassen von Ein-/Ausschaltsequenzen im Millisekundenbereich mit hoher Abtastauflösung und allen Signaldetails.
Zur Welligkeitsanalyse kann die 12-bit-Auflösung des ADC durch Reduzierung der Bandbreite auf die High-Definition-(HD)-Auflösung von 18 bit erhöht werden, um genauere Messungen zu ermöglichen. Dank der hohen Eingangsempfindlichkeit des Geräts von 500 μV/Div und dem großen Offsetbereich von ±5 V kann der Benutzer eine 50 V-Gleichspannungsschiene (10:1-Tastkopf) mit höchster vertikaler Empfindlichkeit untersuchen. Unter Ausnutzung der verbesserten Frontend-Performance setzt die MXO-Architektur einen Sample-basierten Trigger mit einer bemerkenswerten Empfindlichkeit von < 0,0001 vertikalen Unterteilungen ein.
Frontend-Performance des MXO mit hoher Empfindlichkeit und größerem Offset
Vorteile der MXO Oszilloskope
Zwischen mehreren Versorgungsleitungen muss eine Zeitverzögerung vorgesehen werden, um vor der Aktivierung der verschiedenen Schaltungsteile eine stabile Versorgung sicherzustellen.
Aspekte der Leistungssequenzmessung
Präzise Spannungspegel mit genauem Timing sind entscheidend für die einwandfreie Funktion einer Schaltung. Soll für Schaltungen grundsätzlich die Leistungssequenzierung getestet werden, kann ein nicht unerheblicher Zeitaufwand entstehen, wenn mehrere Stromversorgungsleitungen geprüft und verglichen werden müssen. Zwar können hier Logikkanäle verwendet werden. Diese liefern jedoch nur begrenzte Details, da sie lediglich 1 oder 0 bezogen auf einen Schwellenwert anzeigen. Durch eine größere Zahl analoger Kanäle lassen sich Übergangsdetails besser erfassen.
Besonders wenn Zeiträume von mehreren Hundert Millisekunden oder sogar mehreren Sekunden (bei Hochleistungsschaltungen) betrachtet werden, ist eine substantielle Aufzeichnungslänge vonnöten. Die größere Aufzeichnungslänge ist für ausreichende Entladezeiten und eine gründliche Beurteilung der Leistungssequenzdynamik von entscheidender Bedeutung. In Stromverteilungsnetzen werden niedrigere Gleichspannungen aus höheren Spannungen abgeleitet und müssen sich zunächst stabilisieren, bevor sie in kleinere Stromschienen geleitet werden.
Die Spektralanalyse der Restwelligkeit zeigt die Rauschfrequenzkomponenten
Aspekte der Welligkeitsmessung
Für die Ermittlung der Leistungsintegrität spielt die Bandbreite eine wichtige Rolle. Messsysteme mit höheren Bandbreiten erfassen immer auch höhere Rauschpegel. Die Identifikation des relevanten Frequenzbereichs und Auswahl der geeigneten Messbandbreiten und Filtereinstellungen an der Messausrüstung sind von entscheidender Bedeutung, um relevante Frequenzkomponenten zu erfassen und gleichzeitig unerwünschtes Rauschen und Harmonische herauszufiltern. Leistungsumwandlungsschaltungen haben üblicherweise eine Schaltfrequenz von 1 MHz. Daher reichen 20 MHz Bandbreite für eine Stabilitätsanalyse des Regelkreises aus. Darüber hinaus gibt es einen Trend zur Charakterisierung von Leistungswelligkeiten mit noch höherer Bandbreite im Gigahertz-Bereich. Der Schwerpunkt liegt auf der Analyse hochfrequenter Lastwechsel. Die R&S®RT-ZPR Power-Rail-Tastköpfe bieten eine Analysebandbreite von bis zu 4 GHz.
Achten Sie beim Messen von Welligkeiten darauf, dass kein zusätzliches Rauschen in den Aufbau eingebracht wird. Um Störungen zu minimieren, sind kurze und direkte Verbindungen angeraten. Koaxialkabel ermöglichen eine Messanordnung mit geringer Induktivität.
Eine Spektralanalyse kann zusätzliche Erkenntnisse liefern und dabei helfen, die Frequenzkomponenten von Leistungswelligkeiten zu identifizieren, bestimmte Rauschquellen zu lokalisieren und diese wirksam zu beseitigen. MXO Oszilloskope bieten eine leistungsstarke Spektralanalyse mit einer Aktualisierungsrate von 45 000 FFT/s. Diese hohe Aktualisierungsrate ermöglicht eine reaktionsschnelle Anzeige des Spektralrauschens für die EMI-Analyse schwer detektierbarer und sporadischer Ereignisse. In Kombination mit Nahfeldsonden können Emissionsquellen lokalisiert und notwendige Filterdesigns angewendet werden, um Leistungsrauschen zu reduzieren.
Fazit
Die Analyse von Einschaltsequenzen und Stromversorgungsleitungen ist entscheidend, um das korrekte Verhalten einer Schaltung sicherzustellen. Mit acht Kanälen ist die MXO 5 Serie ideal für die Analyse mehrerer Versorgungsleitungen. Dank standardmäßiger 500 MPunkte pro Kanal kann eine hohe Abtastauflösung beibehalten werden, und der 12-bit-ADC bietet die höchste verfügbare Präzision für genaue Messungen. Durch Filterung und Boxcar-Mittelwertbildung kann im HD-Modus eine Auflösung von 18 bit erreicht werden. Die MXO 5 Serie verfügt außerdem über eine hohe Eingangsempfindlichkeit von 500 μV/Div mit ± 5 V Offsetbereich, was eine einfache Nutzung passiver Tastköpfe für Messungen an Versorgungsleitungen ermöglicht. Der Kanaleingang kann auch selektive Filter anwenden oder eine HD-Modus-Filterung nutzen, um die erforderliche Messbandbreite zu erzeugen. Funktionen wie Spektrumanalyse und Frequenzgang-Analyse können auch bei der Charakterisierung der Leistungswelligkeit nützlich sein.
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