Störspannungsmessungen an DC-Versorgungen
Rauschende Ströme
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Symmetrischer Tastkopf
In vielen Fällen ist das Eigenrauschen des Tastkopfs deutlich größer als das Eigenrauschen des Oszilloskops im empfindlichsten Messbereich. Die meisten Stromversorgungen können den 50-Ω-Eingang eines Oszilloskops problemlos ansteuern – warum also sollte man das Eigenrauschen eines Tastkopfs zusätzlich in Kauf nehmen? Der Grund liegt im Dynamikbereich.
Sind Störspannungen auf einer 1,5-V-Stromversorgung zu messen, ist ein Offset von 1,5 V notwendig, um das Signal auf dem Bildschirm und im A/D-Wandler zu zentrieren. Der empfindlichste Messbereich, in dem das Oszilloskop eine Offset-Einstellung von 1,5 V erlaubt, ist 100 mV/Skalenteil. In diesem Messbereich beträgt das Eigenrauschen des Oszilloskops etwa 3 mV (Effektivwert).
Im Messbereich 100 mV/ Skalenteil nutzen die zu messenden Störspannungen aber nur einen kleinen Teil des Dynamikbereichs des A/D-Wandlers, somit geht Auflösung verloren.
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Wenn das Oszilloskop selbst den erforderlichen Offset erst in einem weniger empfindlichen Messbereich bietet, muss der Tastkopf die Sache übernehmen. Aktive Tastköpfe bieten einen größeren Offsetbereich, daher lassen sich genauere Messungen durchführen und der Einfluss des Eigenrauschens des Oszilloskops verringern. Mit einem aktiven, symmetrischen Tastkopf kann der Entwickler das Signal um 1,5 V Gleichspannung verschieben, für die eigentliche Messung kann er somit den empfindlicheren Messbereich 10 mV/Skalenteil wählen und bekommt damit dann genauere Messergebnisse.
Sofern das Oszilloskop Wechselspannungskopplung erlaubt, kann der Entwickler auch damit das Problem mit dem Dynamikbereich in den Griff bekommen. Hat sein Oszilloskop 50-Ω-Eingänge und will er 50-Ω-Koaxialkabel mit einem »1:1-Tastkopf« verwenden (dazu kann er gegebenenfalls ein halbsteifes Koax-Kabel abisolieren und einen kurzen Draht für die Masseverbindung an das Abschirmgeflecht löten), dann kann er einen Kondensator in Serie schalten, der nur die Wechselspannungskomponente durchlässt. Der Abblockkondensator sollte auch die niedrigste Frequenz in dem zu messenden Störspannungsspektrum noch passieren lassen. Der Nachteil einer solchen Wechselspannungskopplung liegt darin, dass langsame Veränderungen der Versorgungsspannung nicht mehr zu sehen sind.
Die FFT-Analyse
Die meisten Echtzeitoszilloskope bieten eine FFT-Messfunktion (schnelle Fouriertransformation). Das Oszilloskop zeichnet je nach Speichertiefe und Abtastrate nach jeder Triggerung eine gewisse Zeitdauer auf. Wenn Frequenzen kleiner sind als der Kehrwert der Erfassungszeit (also nicht mindestens eine vollständige Periode der Frequenz im Erfassungsspeicher steht), dann kann eine FFT diese Frequenz nicht erkennen. Die untere Grenzfrequenz einer FFT ist somit beschrieben als:
F = Abtastrate / (Speichertiefe in Samples)].
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