Не помиляється той, хто нічого не робить. ЧАСТИНА 1

Магазин Gtest(R) пропонує широку номенклатуру Осцилографів та Аналізаторів Спектру на сторінці сайту в самому кінці цього Розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти

Ефективне застосування пробників більше не камінь спотикання

Вступ

Розуміння поширених помилок при застосуванні пробників

Розуміння поширених помилок під час проведення вимірів і те, як їх уникнути, має вирішальне значення щодо більш якісних вимірів.

В ідеальному світі всі пробники були б не інтрузивними проводами, підключеними до вашої схеми з нескінченним вхідним опором та нульовою ємністю та індуктивністю. Вони забезпечували б точні копії сигналів, які ви вимірюєте. Але реальність така, що пробники вносять навантаження у схему. Резистивні, ємнісні та індуктивні компоненти пробника можуть змінити реакцію схеми, що тестується.

Кожна схема відрізняється і має власний набір електричних характеристик. Тому щоразу, коли ви перевіряєте свій пристрій, ви повинні враховувати характеристики пробника та вибирати той, який матиме найменший вплив на вимірювання. Це включає все, від підключення до входу осцилографа вниз по кабелю до самої точки підключення на тестованому пристрої (DUT), включаючи будь-які аксесуари або додаткову проводку і пайку, що використовуються для підключення до контрольної точки.

Дізнайтеся про підводні камені, з якими ви можете зіткнутися під час проведення тестів, і про те, як покращити результати вимірювань за допомогою ефективніших методів.

Електрична поведінка вашого пробника впливає як результати вимірювань, і роботу вашої схеми. Вжиття заходів для забезпечення того, щоб ці ефекти знаходилися в допустимих межах, є ключовим кроком до успішних вимірів.

Підводний камінь №1

Приховані шумові дії

Рівні шуму пробника та осцилографа можуть перебільшувати шум вашого DUT. Вибір правильного пробника для вашої програми з правильним коефіцієнтом згасання знизить доданий шум від пробника та осцилографа. В результаті ви отримаєте сигнал, який буде чистішим уявленням того, що знаходиться на вашому DUT.

Багато виробників пробників характеризують шум пробника як еквівалентний вхідний шум і вказують його у вольтах середньоквадратичного значення. Вищі коефіцієнти згасання дозволяють вимірювати сильніші сигнали, але недоліком є ​​те, що осцилограф визначатиме ці коефіцієнти і посилюватиме ваш сигнал і його шум. Щоб побачити цей ефект у дії, на рисунку 1 показано підвищений шум з використанням пробника 10:1 на зеленій трасі.

Один із простих способів оцінити кількість шуму вашого зонда – це перевірити коефіцієнт загасання та рівень шуму зонда за технічним паспортом або посібником з експлуатації зонда.

Рисунок 1. Порівняння шуму пробника 1:1 та 10:1, що вимірює вихідну пульсацію на джерелі живлення. Зонд 10:1 завищує вимірювання принаймні на 50% через знижене відношення сигнал/шум внаслідок більш високого коефіцієнта згасання.

Крім того, всі осцилографи мають деякий власний шум. Будь-який шум, що присутня в осцилографі, буде накладатися на ваш сигнал і спотворювати ваші виміри. деталі сигналу, менші, ніж рівень шуму осцилографа. будь-якого сигналу, але це ще критичніше при вимірюванні дуже малих напруг.

Наприклад, на рисунку 2 показаний сигнал 53 мкВ. Зліва ми проводимо вимірювання за допомогою осцилографа Keysight InfiniiVision 3000G серії X. При 2 мВ/діл рівень шуму 3000G становить 372 мкВср.кв., тому неможливо побачити тон 53 мкВ на швидкому перетворенні ) цього осцилографа. шуму, що виходить від осцилографа, щоб побачити тон у БПФ зліва. Ми проводимо вимірювання за допомогою осцилографа серії Keysight HD3, рівень шуму якого становить менше 50 мкВср.кв. на БПФ серії HD3, оскільки шум досить низький. осцилографа, щоб ви могли захопити кожну частину вашого сигналу, навіть найменші.

Рисунок 2. Сигнал 53 мкВ, виміряний за допомогою осцилографа Keysight InfiniiVision 3000G серії X (ліворуч) та осцилографа Keysight серії HD3 (праворуч)

Підводний камінь №2

Невідомі обмеження пропускної спроможності

Вибір пробника з адекватною смугою пропускання має вирішальне значення щодо важливих вимірів. Неадекватна смуга пропускання спотворить ваші сигнали, що ускладнить прийняття правильних інженерних рішень із тестування чи проектування.

Загальноприйнята формула для пропускної спроможності говорить, що пропускна здатність, помножена на час наростання, дорівнює 0,35 при оцінці наростаючого фронту від 10% до 90%:

BW x T_R = 0.35

Також важливо враховувати всю смугу пропускання вашої системи. Вам слід враховувати як смугу пропускання вашого пробника, так і осцилографа, щоб визначити смугу пропускання вашої вимірювальної системи. Ось формула для розрахунку лінії пропускання вашої системи.

Наприклад, припустимо, що смуги пропускання вашого осцилографа та пробника становлять 500 МГц. Використовуючи формулу, смуга пропускання вимірювальної системи (осцилограф + пробники) становитиме 353 МГц.

Ви можете побачити значне погіршення смуги пропускання системи порівняно з окремими характеристиками смуги пропускання пробника та осцилографа.

Тепер, якщо смуга пропускання зонда становить лише 300 МГц, а смуга пропускання осцилографа – 500 МГц, смуга пропускання системи знижується до 257 МГц.

Пробник та осцилограф – це «система». Разом вони впливають на пропускну здатність більше, ніж окремо.

Підводний камінь №3

Неможливість калібрування пробника

Пробники поставляються відкаліброваними, але не для входу вашого осцилографа. Якщо вони не відкалібровані для входу осцилографа, ви отримаєте неточні вимірювання.

Активні пробники

Активні пробники, не відкалібровані під ваш осцилограф, призведуть до відмінностей у вимірі вертикальної напруги і синхронізації фронту, що наростає (і, можливо, до деяких спотворень). Більшість осцилографів надають опорний або допоміжний вихід та інструкції, які допоможуть вам виконати калібрування пробника.

На рисунку 3 показаний сигнал частотою 50 МГц, що подається на осцилограф за допомогою кабелю SMA та адаптера на каналі 1 (жовта крива). Зелена крива - це той же сигнал, що подається на осцилограф з активним пробником на каналі 2. Зверніть увагу, що вихід генератора на каналі 1 становить 1,04 (пік-пік вольт), а сигнал на каналі 2, що зондується, становить 965 мВ (мілівольт ). Крім того, перекіс від каналу 1 до каналу 2 становить 3 мс (мілісекунди), тому часи наростання не збігаються.

Рисунок 3. Вихід генератора та зондований сигнал

Якщо ми відкалібруємо цей пробник, результати значно покращаться. Ви можете побачити результати після правильного калібрування амплітуди та перекосу на рисунку 4. Амплітуда покращується до 972 мВpp з виправленим перекосом, залишаючи обидва часи наростання вирівняними.

Пасивні пробники

Ви можете налаштувати змінну ємність зонда так, щоб компенсація ідеально відповідала входу осцилографа, який ви використовуєте. Більшість осцилографів мають вихід прямокутної хвилі для калібрування чи порівняння. Перевірте це з'єднання та переконайтеся, що хвиля має прямокутну форму. Відрегулюйте змінну ємність у міру необхідності, щоб позбавитися будь-якого недобору або перебору.

Підказка: ваш осцилограф може мати функцію регулювання компенсації пробника або ви можете змінити її вручну.

Відкалібруйте пробники під свій осцилограф, щоб отримати найточніше уявлення виміряного сигналу.

Рисунок 4. Після калібрування амплітуди та перекосу

Підводний камінь №4

Збільшення навантаження пробника

Як тільки ви підключаєте пробник до осцилографа і торкаєтеся ним пристрою, пробник стає частиною вашої схеми. Резивне, ємнісне та індуктивне навантаження, яке пробник накладає на ваш пристрій, вплине на сигнал, який ви бачите на екрані осцилографа.

Ці ефекти навантаження можуть змінити роботу вашої схеми, що тестується. Розуміння цих впливів навантаження допоможе вам уникнути пасток вибору неправильного пробника для вашої схеми чи системи. Пробники мають резистивні, ємнісні та індуктивні властивості, як показано на рисунку 5.

Рисунок 5. Принципова електрична схема пробника.

Щоб досягти вузької точки пробника, ви можете виявити креативність, додавши довгі дроти чи висновки. Однак додавання аксесуарів або наконечників від пробника до пробника може зменшити смугу пропускання, збільшити навантаження та викликати нерівну частотну характеристику.

Зазвичай, що довші вхідні дроти чи висновки наконечника пробника, то більше зменшується смуга пропускання. Може не бути значного ефекту на вимірюваннях з нижчою смугою пропускання, але будьте обережні, який наконечник пробника та приладдя ви використовуєте, коли ви працюєте з високочастотними сигналами, особливо вище 1 ГГц. У міру зменшення смуги пропускання вашого пробника ви втрачаєте можливість вимірювати швидкий час наростання. На рисунку 6 показано, як час наростання, що відображається на осцилографі, стає повільніше з довшим приладдям. Для найбільш точних вимірів найкраще використовувати максимально короткий наконечник.

Використовуйте максимально короткі дроти, щоб підтримувати пропускну здатність та точність вашого пробника

Рисунок 6. Ефекти навантаження зонда за різної довжини висновків зонда

Також тримайте заземлюючі дроти короткими, тому що чим вони довші, тим більшу індуктивність вони додають. Збереження заземлювальних проводів якнайкоротше і якомога ближче до заземлення системи забезпечить повторюваність і точність вимірювань.

Підказка: Якщо вам абсолютно необхідно додати провід до наконечника пробника, щоб досягти складних точок пробника, додайте резистор на наконечник, щоб послабити резонанс доданого проводу. Ви не зможете зробити багато з обмеженнями смуги пропускання при додаванні довгих проводів, але ви можете вирівняти частотну характеристику. Щоб визначити, який розмір резистора використовувати, перевірте відомий прямокутний сигнал, наприклад, прямокутний опорний сигнал на вашому осцилографі.

Якщо правильний опір, ви побачите чистий прямокутний сигнал (але ви можете зіткнутися з обмеженою смугою пропускання). Щоб усунути дзвінок сигналу, збільште розмір резистора.

Для несиметричного пробника знадобиться лише один резистор на наконечнику цього пробника. Якщо ви використовуєте диференціальний пробник, використовуйте два резистори - по одному на висновок.

Рисунок 7. Додавання резистора до наконечника зонда може подолати резонанс від довгих з'єднань зонда та зменшити дзвін та викиди. Однак цей метод не запобігатиме обмеженню смуги пропускання, викликане доданими проводами.

ПРОДОВЖЕННЯ СЛІДУЄ…

Магазин Gtest® - авторизований постачальник осцилографів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy