Störspannungsmessungen an DC-Versorgungen
Rauschende Ströme
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Rauschende Ströme
Will der Entwickler eine verdächtige Frequenz in der FFT sehen, muss er daher die Speichertiefe so wählen, dass das Oszilloskop hinreichend lange Samples erfasst. Wenn ein Schaltnetzteil beispielsweise bei 33 kHz arbeitet, ist eine Erfassungszeit von mindestens 1/33 000 s oder 30 μs nötig. Bei einer Abtastrate von 20 GSample/s entspricht das einer Speichertiefe von mindestens 600 000 Samples.
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Bei den Digitaloszilloskopen der »Infiniium«-Serien von Agilent (Bild 3) arbeitet die FFT mit Daten, die auf dem Bildschirm dargestellt sind. Will der Entwickler die niedrigstmöglichen Frequenzen sehen, die bei der aktuellen Abtastfrequenz und Speichertiefe prinzipiell möglich sind, muss er die Zeitbasis so einstellen, dass der gesamte Speicher auf dem Bildschirm dargestellt wird. Dazu gilt es, den Speicherbalken über dem Gitterraster zu beachten.
Eine FFT bietet mehr Einblick in das Signal, sodass sich Störspannungsquellen schneller analysieren lassen. Wenn ein Design beispielsweise ein Schaltnetzteil mit einer Betriebsfrequenz von 33 kHz und einen 500-MHz-Takt enthält, sind im Oszilloskop beispielsweise Spitzen bei 33 kHz und bei den Vielfachen von 500 MHz zu sehen. Die relative Amplitude dieser Spitzen erlaubt eine erste Abschätzung, wie viel unerwünschte Störleistung von jeder dieser Spitzen ausgeht. Bild 4 zeigt eine FFT-Analyse. Über dem weißen Rauschen sind zwei Komponenten erkennbar, eine bei 49,5 MHz, eine andere bei 500 MHz.
Einen noch besseren Einblick erhält der Entwickler durch Mittelung über zahlreiche FFT-Analysen. Das zufällige Rauschen verringert sich hierdurch deutlich, wodurch sehr kleine periodische Störsignale aus dem Rauschen emporgehoben werden.
Die verdächtige Quelle
Manchmal kann man auf ein Signal triggern, das mit einem nicht-zufälligen Störsignal in Phase schwingt. Wenn man dann einen Mittelwert bildet, schwächt das alle Signale, die nicht mit dem Triggersignal korreliert sind, oder es löscht sie sogar aus. Mithilfe dieser Technik lassen sich Signale isolieren, die der allgemeine Störspannungspegel sonst verdecken würde, der entweder aus der Stromversorgung stammt, vom Tastkopf oder vom Oszilloskop. Bild 5 demonstriert das Triggern auf ein Rechtecksignal. Dieses könnte für ein Störsignal stehen, das vom Umschalten eines IC-Ausgangs stammt. Komponenten, die mit dem Triggersignal in fester Phasenbeziehung stehen, sind eindeutig aus dem allgemeinen Störspannungspegel heraus erkennbar. (mc)
Peter Kasenbacher
ist der europäische Product Line Manager für Oszilloskope bei
Agilent Technologies
Telefon 0 70 31/46 41 95 5
www.agilent.com
Weiterführende Literatur
[1] Understanding and Using Offset in InfiniiMax Active Probes, Agilent Application Note 5988-9264EN
[2] Performance Comparison of Differential and Single-Ended Active Voltage Probes, Agilent Application Note 5988-8006EN.
[3] www.agilent.com/find/scopes
Siehe auch:
Was Scopes heute können müssen
Für das Verständnis des Prinzips hilfreich ist das Blockschaltbild eines Oszilloskops, wie es in Bild 2 dargestellt ist. In einem Messsystem mit Oszilloskop und Tastkopf gibt es grundsätzlich zwei Quellen für Eigenrauschen, nämlich Eingangsverstärker und Pufferschaltungen im Oszilloskop sowie den Verstärker im Tastkopf. Alle Oszilloskope arbeiten mit einem Eingangsteiler, mit dem sich der vertikale Skalenfaktor verändern lässt. Das Eigenrauschen des Oszilloskops entsteht erst nach dem Eingangsteiler. Mit jeder anderen Einstellung des Eingangsteilers als 1:1 (damit ist er quasi überbrückt, das ist die empfindlichste Einstellung des Oszilloskops) vergrößert sich das Eigenrauschen relativ zum Eingangssignal.
Angenommen, ein Oszilloskop habe ohne Eingangsteiler eine Grundempfindlichkeit von 5 mV/ Skalenteil. In diesem Messbereich habe es ein Eigenrauschen von 500 μV (Effektivwert). Wählt der Entwickler einen Messbereich von 50 mV/ Skalenteil, so schaltet er hierzu einen Eingangsteiler von 10:1 vor den eigentlichen Eingang. Damit erscheint das Eigenrauschen zehnfach vergrößert, also als ob es relativ zur Eingangsbuchse 5 mV (Effektivwert) betrüge (500 μV x 10). Mit Blick auf das Eigenrauschen ist es also von Vorteil, den empfindlichsten Messbereich zu wählen, damit sich das Rauschen nicht unnötig (scheinbar) vergrößert. Das Eigenrauschen des Tastkopfs liegt vor dem Eingangsteiler, es ist somit von dessen Einstellung – also vom Skalenfaktor – unabhängig.
- Rauschende Ströme
- Rauschende Ströme
- Symmetrischer Tastkopf
