Power-Integrity-Messungen Die Vorteile von Power-Rail-Tastköpfen

Power-Rail-Tastköpfe für besonders niedrige Leistungsaufnahme.
Power-Rail-Tastköpfe für besonders niedrige Leistungsaufnahme.

Um die Versorgungsspannung hinter Netzteilen, Gleichrichtern und Gleichspannungswandlern zu überprüfen, reichte bisher ein Oszilloskop mit einem gängigen 10:1-Tastkopf aus. Doch bei Schaltungen, die für eine besonders niedrige Leistungsaufnahme konzipiert sind, bieten sich Power-Rail-Tastköpfe an.

Mit Oszilloskop-Tastköpfen verhält es sich ähnlich wie mit anderen Werkzeugen, die man im Werkzeugkasten hat. Eine Kombizange ist zwar ein tolles Universalwerkzeug, wer aber eine Schraube sicher anziehen möchte, der verwendet besser den passenden Maulschlüssel. Die Entsprechung zur Kombizange ist im Reich der Oszilloskope der passive 10:1-Tastkopf. Er wird standardmäßig mit den meisten Geräten ausgeliefert und eignet sich für zahlreiche Messaufgaben. Durch die technischen Parameter sind der Messgenauigkeit jedoch Grenzen gesetzt. Einige Oszilloskop-Hersteller wie Rohde & Schwarz bieten heute sogenannte Power-Rail-Tastköpfe an. Diese Spezial-Tastköpfe sind für präzise Power-Integrity-Messungen an DC-Stromversorgungen entwickelt worden.

Um Energie zu sparen, werden Komponenten, zum Beispiel in Mobiltelefonen oder Embedded Designs, mit immer kleineren Spannungen versorgt. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Linearität und das Rauschverhalten enorm. Die strengeren Toleranzen machen die genaue Messung von Restwelligkeit und Rauschen zu einem äußerst schwierigen Unterfangen.

Nur ein Beispiel: Wenn bei einer 1-V-Versorgung die Spannungspegel von Spitze zu Spitze höchstens um 1 % abweichen dürfen, dann muss das Oszilloskop mindestens auf 10 mV genau messen. Doch schon das Grundrauschen der meisten Oszilloskope und Tastköpfe auf dem Markt liegt über diesem Wert. Deshalb entwickelte Rohde & Schwarz speziell für solch hochpräzise Messungen einen Tastkopf (Bild 1), der auch kleinste AC-Anteile in DC-Versorgungsspannungen zuverlässig messen kann.

Teilerverhältnis 1:1

Gängige Tastköpfe mit 10:1-Teilerverhältnis dämpfen die Signale um den Faktor 10, bevor sie in die Eingangsstufe des Oszilloskops eingespeist werden. Das Oszilloskop gleicht diese Dämpfung wiederum aus, indem das Eingangssignal mit dem Faktor 10 multipliziert wird. Das bedeutet jedoch, dass auch das Rauschen im Signal verzehnfacht wird. Dieses Rauschen ist dann so hoch, dass keine präzisen Power-Integrity-Messungen mehr möglich sind. Hochwertige Power-Integrity-Tastköpfe verfügen dagegen über ein rauscharmes 1:1-Teilerverhältnis, das erheblich genauere Messungen ermöglicht.