Power-Integrity-Messungen
Die Vorteile von Power-Rail-Tastköpfen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Integrierter Offset
Zudem reicht bei den meisten Oszilloskopen der standardmäßig integrierte Offset nicht aus, um die Versorgungsspannung zu zentrieren, damit der Nutzer auf Signaldetails zoomen kann. Erlaubt ein Oszilloskop zum Beispiel nur einen Offset von 1,4 V bei 10 mV/div, ist es unmöglich, damit die Restwelligkeit und das Rauschen einer Versorgungsspannung zu messen, die über diesem Wert liegt, etwa bei 1,8 V oder 3,3 V. Das Signal kann nicht zentriert werden und die Anzeige somit auch nicht gezoomt. Der Anwender ist gezwungen, die vertikale Empfindlichkeit zu reduzieren. Mit einer größeren vertikalen Skalierung steigt aber das Grundrauschen und beeinträchtigt die Messung. Da sich das Signal nicht zoomen lässt, verwendet das Oszilloskop nur einen Teil seines A/D-Umsetzer-Dynamikbereichs, was die Ungenauigkeit der Messung verschärft. Power-Rail-Tastköpfe verfügen dagegen über einen großen integrierten Offset, der es ermöglicht, die Signale zahlreicher DC-Spannungsversorgungen zu zentrieren und zu vergrößern.
Die notwendige Messbandbreite bei der Prüfung von DC-Spannungsversorgungen hängt davon ab, welche Oberwellen, Transienten und eingekoppelten Signale in der Versorgungsspannung enthalten sind. Über die FFT-Funktion des Oszilloskops sieht der Anwender die eingekoppelten Signalanteile auf einen Blick und kann so die notwendige Messbandbreite schnell abschätzen. Meist sind Power-Integrity-Tastköpfe für Bandbreiten über 1 GHz ausgelegt.
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DC-Eingangsimpedanz
Der Impedanzwert einer Spannungsversorgung liegt typischerweise im mΩ-Bereich. Schließt ein Benutzer die Spannungsversorgung an den 50-Ω-Eingangspfad des Oszilloskops an (Bild 2), fällt die Spannung aufgrund des Widerstandsteilernetzwerks schnell ab. Deshalb verfügen Power-Integrity-Tastköpfe über hohe DC-Eingangsimpedanzen von in der Regel 50 kΩ. So ist sichergestellt, dass sich die Spannung bei Anschluss eines Tastkopfs an eine Gleichspannungsversorgung nur minimal ändert. Power-Rail-Tastköpfe zeigen wie andere Tastköpfe einen Frequenzgang mit schnellem Roll-off. In höheren Frequenzbereichen liegt die Eingangsimpedanz nur bei 50 Ω und entspricht somit der Impedanz der SMA-Steckverbindung an der Spannungsversorgung und der Impedanz des einlötbaren Koaxialkabels. Das verhindert Reflexionen.
Integrierter Spannungsmesser
Leistungsfähige Power-Rail-Tastköpfe sind nicht nur nützlich, um kleine Störungen auf der DC-Versorgungsspannung zu erkennen, sie ermitteln auch den DC-Wert der Spannungsversorgung mit einem integrierten Gleichspannungsmesser. Dieser misst die anliegende Spannung auch dann, wenn das Signal noch außerhalb des sichtbaren Bereichs ist, also nicht auf dem Display angezeigt wird. Das ist zum Beispiel nützlich und zeitsparend, wenn der Anwender schnell den Versorgungsspannungswert benötigt, um die Offset-Werte zur Signalzentrierung in das Oszilloskop einzugeben.
Dynamikbereich
Ein entscheidender Unterschied zu herkömmlichen Tastköpfen ist der relativ kleine Dynamikbereich von Power-Rail-Tastköpfen. Die Tastköpfe sind für Messungen an DC-Spannungsversorgungen optimiert und nur sehr begrenzt für andere Messzwecke einsetzbar. Der Dynamikbereich umfasst die maximale Spitze-Spitze-Amplitude, die der Tastkopf messen kann. Bei den meisten Power-Rail-Tastköpfen auf dem Markt liegt dieser Wert bei lediglich 850 mV. Das bedeutet, er kann für keine Anwendungen eingesetzt werden, bei denen die Spitze-Spitze-Spannung diesen Wert überschreitet.
Nach Unterlagen von .Joel Woodward (Rohde & Schwarz)
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