Измерение высокочастотных пульсаций без исключения постоянной составляющей сигнала и создания нагрузок на силовые шины

Частота шумовых сигналов на силовых шинах может выходить за пределы мегагерцовых и гигагерцовых диапазонов при амплитуде сигналов несколько милливольт.

Для измерений таких сигналов можно подобрать осциллограф с низким уровнем собственного шума и широкой полосой пропускания, но в этом случае возникают сложности с передачей сигнала на прибор.

У высокоимпедансных пассивных пробников с ослаблением 10X, которыми комплектуется осциллограф, может быть достаточная полоса пропускания; но они ослабляют измеряемые сигналы со слишком большими шумами. Затем осциллограф усиливает как сигнал, так и шум измерительной системы, что делает невозможным разделение шумов для анализа.

Пробники 1X передают сигнал без ослабления, но их полоса пропускания ограничивается несколькими МГц.

Пробники с согласованной линией передачи или кабелем, подключаемые к 50-омному входу осциллографа, демонстрируют наилучшие результаты, но создают большую нагрузку на низких частотах.

Идеальный пробник для измерений сигналов на шинах электропитания должен иметь высокий импеданс в низкочастотном диапазоне и работать как 50-омная линия передачи в высокочастотном диапазоне. Этим требованиям полностью соответствуют такие пробники шин питания, как TPR1000 и TPR4000, имеющие широкую полосу пропускания, создающие минимальную нагрузку и не использующие ослабление.

Сведение к минимуму влияния шума измерительной системы

При измерении шума с напряжением порядка 10 мВ необходимо учитывать шум измерительной системы. Как указано выше, использование пробников 1X (без ослабления) приводит к снижению нагрузки на усилители осциллографа. Кроме того, при таких измерениях крайне важны собственный шум и разрешение осциллографа.

Осциллограф MSO Серии 6 оснащён новыми входными каскадами с лучшими в отрасли шумовыми характеристиками. Шум открытого канала осциллографа понижен до 50 мкВ_ср.кв. и 466 мкВ_пик. При измерениях с пробниками шин питания TPR1000/4000 шум системы не превышает 70 мкВ_ср.кв..

Осциллографы Серии 6 имеют 12–битное разрешение при частоте дискретизации 12,5 Гвыб/с. В режиме высокого разрешения оно повышается до 16 бит при частоте 625 Мвыб/с и ниже. Осциллографы MSO Серии 4 и 5 также имеют 12-битное разрешение с повышением до 16 бит в режиме высокого разрешения.

Определение характеристик шума путём одновременного анализа спектра и сигнала

Допустим, что при измерениях шума на шине питания он оказался выше указанного в характеристиках. Где его источник? Преобразователь постоянного напряжения в постоянное? Общий источник питания? Схема ФАПЧ? Тактовый генератор? Перекрёстные помехи? Анализ спектра может дать ключ к пониманию источников шума за счёт сопоставления частот шума с частотами переключения и гармониками.

Подключив к шине питания анализатор спектра, такой как RSA306, и фильтр постоянной составляющей, можно получить полное представление об имеющихся шумах.
Встроенная в осциллограф функция БПФ несомненно полезна, но для этих функций используется частота выборки, что усложняет или полностью исключает возможность одновременного просмотра спектра и сигналов напряжения. Уникальный экран спектра, имеющийся в осциллографах MSO Серии 4, 5 и 6, содержит независимые элементы управления анализатором спектра и обеспечивает одновременный просмотр спектров во временном домене и сигналов в частотном домене.

ПО для автоматического анализа, ускоряющее измерения параметров шин питания

Даже для самых простых измерений, таких как пульсации, выбросы и провалы напряжения на десятках шин питания, требуется много времени и внимания к деталям.

Программное обеспечение для управления цифровыми измерениями параметров питания, которое устанавливается на осциллографы MSO Серии 5 и 6, обеспечивает автоматизацию повторяемых измерений и генерирование подробных отчётов. В ПО также включён анализ джиттера (измерения TIE, RJ, DJ и глазковых диаграмм ), позволяющий обнаруживать слишком большой джиттер в тактовых сигналах и сигналах передачи данных от схем, запитанных от схемы распределения электропитания.