Wybór właściwej sondy oscyloskopowej

Projektujesz elektronikę? Zarezerwuj 4 października 2018 roku na największą w Polsce konferencję dedykowaną projektantom, Evertiq Expo Kraków 2018. Przeszło 60 producentów i dystrybutorów komponentów do Twojej dyspozycji, ciekawe wykłady i świetna, twórcza atmosfera. Jesteś zaproszony, wstęp wolny: kliknij po szczegóły. © Evertiq

Poniżej przedstawiamy kilka pułapek które czekają na Ciebie podczas wyboru jeśli ich unikniesz z dużym prawdopodobieństwem uzyskasz najlepszą możliwą reprezentację obserwowanego sygnału. Pasmo sondy Pasmo przenoszenia jest to punkt w którym amplituda sygnału na charakterystyce częstotliwościowej spada o 3 dB. Rys. 1 Punkt przejścia charakterystyki przez 3 dB Przykładowo, mierzysz sygnał sinusoidalny 500 MHz z napięciem peak-to-peak 1 V używając do tego sondy 500 MHz błąd pomiarowy wyniesie -3dB czyli w tym przypadku pomiar będzie o 0,3 V mniejszy. Ten błąd spowoduje, że z Twojego oryginalnego 1 V zostanie już tylko 0,7 V. Możesz tego uniknąć wyliczając potrzebne pasmo. Prostą zasadą jest wybór sondy której pasmo jest 3 razy większe niż sygnał sinusoidalny który planujesz obserwować. Więc jeśli chcesz uzyskać dokładną reprezentację 500 MHz sinusa powinieneś wybrać sondę z pasmem nie mniejszym niż 1,5 GHz. Czas narastania i pasmo są powiązane Musisz wiedzieć więcej o swoim sygnale niż tylko częstotliwość. Aby mieć pewność, że używasz dobrego pasma do obserwacji musisz znać czas narastania sygnału. Czas narastania to z definicji czas w którym sygnał z 10% amplitudy podnosi się do 90% wartości amplitudy. Rys. 2 Punkty czasowe 10 i 90% zbocza sygnału Powszechnie uważa się, że pasma pomnożone przez czas narastania zbocza powinna wynosić 0,35 lub więcej. Z tego wynika: Jeśli pracujesz ze standardami komunikacyjnymi często jednym z parametrów specyfikacji jest czas narastania sygnału. Dla przykładu, jeśli dla Twojego sygnału 500 MHz czas narastania wynosi 350 ps (piko sekundy), Twoje pasmo musi wynosić co najmniej: Wyliczone pasmo teraz wynosi 1 GHz. To oznacza, że rzeczywiste pasmo przenoszenia do obserwacji tego sygnału wynosi 1 GHz. 500 MHz to częstotliwość sygnału natomiast zbocza są znacznie szybsze. Zgodnie z tym co poprzednio napisaliśmy sonda powinna mieć 3 razy większe pasmo niż częstotliwość sygnału więc tutaj będziemy potrzebowali sondy z pasmem nie mniejszym niż 3 GHz. Harmoniczne sygnału prostokątnego Ocenialiśmy potrzebne pasmo na podstawie częstotliwości sygnału sinusoidalnego. Jeśli chodzi o sygnały prostokątne sprawa trochę bardziej skomplikowana. Jak zapewne pamiętasz według Fouriera możesz odtworzyć sygnał jako suma sygnałów sinusoidalnych. Na rysunku poniżej przedstawiono oryginalny sygnał który zawiera wszystkie harmoniczne. Pierwsza harmoniczna (sygnał zielony) ma taki sam okres, ale jej zbocza są wolniejsze, a wierzchołki bardziej zaokrąglone. Pierwsza i trzecia harmoniczna razem dały sygnał z szybszymi zboczami i mniej zaokrąglonymi wierzchołkami. Pierwsza, trzecia i piata harmoniczna razem dają ostatni sygnał który jest już bardzo zbliżony do oryginalnego. Rys. 3 Sygnał z różną zawartością harmonicznych Dla przykładu posłuży nam 100 MHz sygnał zegara. Poniżej przedstawiono ten sygnał zmierzony sondą 100 MHz. Harmoniczne tego sygnały nie zmieściły się w paśmie i ich tłumienie było większe niż 3 dB. Pomiar takiego sygnały nic nam nie da. Rys. 4 Sygnał zegara 100 MHz zmierzony sondą 100 MHz Dla porównania zmierzmy ten sam sygnał 100 MHz tym razem sondą 500 MHz. W wyniku odstajemy ostry sygnał prostokątny pokazany poniżej, dzieje się tak ponieważ najważniejsze harmoniczne sygnału zostały przechwycone. Rys. 5 Sygnał zegara 100 MHz zmierzony sondą 500 MHz Pasmo Systemu Zawsze musisz rozważyć pasmo całego nie tylko sondy czy oscyloskopy, potrzebujesz odpowiednio wysokiego pasma zarówno na oscyloskopie i na sondzie aby pasmo całego systemu nie było za małe. Według powyższego wzoru jeśli Twoja sonda i oscyloskop niezależnie od siebie mają pasmo oscyloskopu 500 MHz pasmo całości wynosić będzie 353 MHz czyli zdecydowanie mniej. W przypadku gdyby pasmo sondy wynosiło 300 MHz z oscyloskopem 500 MHz pasmo systemu wyniosłoby 257 MHz. Zawsze pasmo systemu będzie mniejsze niż najniższe pasmo elementów składowych. Akcesoria Zawsze istnieje kompromis między wygodą pomiarów, użytecznością oraz pasmem. Dostępnych jest bardzo wiele różnego rodzaju końcówek do sondy ale każda z nich ma wpływ na pasmo. Dodatkowe indukcyjności wprowadzane przez dłuższe przewody uziemiające niekorzystnie wpływają na pasmo sondy. Dlatego do pomiarów które wymagają najwyższej dokładności używaj maksymalnie krókich końcówek sondy oraz przewodów uziemiających. Pomiar pasma sondy Często do pomiaru pasma sondy wykorzystuje się VNA (Vector Network Analyzer), ale VNA są stosunkowo drogie i wymagają wprawy aby efektywnie go wykorzystać. Dodatkowo posiadają wejścia 50 Ohm gdzie sondy pasywne wymagają sond 1M Ohm. Możesz również mierzyć pasmo z wykorzystaniem generatora sygnałów sinusoidalnych, splitera i miernika mocy. Wymaga to zdalnych interfejsów jak GPIB albo USB oraz MATLABA. Podsumowanie Wybór odpowiednio wysokiego pasma sondy oscyloskopowej jest bardzo ważne aby wykonywać dokładne pomiary na podstawie których będziesz podejmował decyzje. Aby to zrobić musisz zrozumieć wpływ stromości zbocza, harmonicznych i pasma systemu jako zbioru kilku elementów. Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy AM Technologies