Una guía para la selección eficaz de sondas para mediciones de integridad de energía con bajo ruido
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Las sondas Picotest P2105A y P2104A, cuando se utilizan con la sonda de barra colectora ZPR20 de Rohde & Schwarz, proporcionan la mejor solución de medición de bajo ruido para el MXO 5. Estas sondas de navegador de 50 Ω de un solo extremo brindan un rendimiento similar a una conexión de medición coaxial directa Conecte su osciloscopio a su dispositivo bajo prueba (DUT).
Al adquirir una señal y realizar una medición de bajo ruido, tradicionalmente solo consideramos las características del osciloscopio, incluido el ancho de banda y el rango dinámico. Es fácil olvidar lo importante que es observar la cadena de señales entre el osciloscopio y el dispositivo bajo prueba. Un osciloscopio de gran ancho de banda no sirve de nada si su solución de medición no tiene el rango dinámico o el rendimiento de ruido necesarios para las mediciones de integridad de energía actuales.
A medida que los requisitos de cumplimiento de voltaje se vuelven más bajos y más estrictos, comprender el impacto del ruido en su solución de prueba es fundamental para realizar buenas mediciones de ondulación de voltaje. Esto es importante en su punto de carga o en cualquier lugar de su sistema al evaluar el rendimiento o validar el cumplimiento de las especificaciones.
En Signal Edge Solutions, nos tomamos muy en serio las mediciones de integridad eléctrica. Por lo tanto, queríamos investigar los efectos del ruido durante la medición utilizando varias soluciones de sonda de navegador conectadas a un osciloscopio de la serie MXO 5 de Rohde & Schwarz. Este osciloscopio tiene muchas características y capacidades nuevas, así como una opción de ancho de banda de 2 GHz.
Nuestra configuración de prueba
La Figura 1 muestra una placa de evaluación TPS7H4003 de Texas Instruments que servirá como DUT para nuestros experimentos. El TPS7H4003 es un convertidor reductor tolerante a la radiación configurado para una salida de 1V. Todas las medidas se realizan con una entrada de 5V y una carga de 2A.
ilustración 1. Módulo de evaluación EVM TPS7H4003 de Texas Instruments. Imagen cortesía de TI
La Figura 2 muestra nuestra configuración de medición con el modelo de osciloscopio MX058. Durante nuestros experimentos, sólo se cambia la solución de sondeo. El osciloscopio MXO58 está configurado en un ancho de banda de 350 MHz y la terminación de la sonda también se configura en consecuencia para cada sonda que se evalúa.
Figura 2. Configuración de una medición de ondulación de voltaje en la que solo se reemplaza el cabezal de la sonda.
Comparamos dos soluciones de sonda R&S y dos Picotest:
- Sonda R&S RT-ZP11 10X
- Sonda de embarrado R&S ZPR20 1X
- Sonda Picotest P2104A-1X
- Sonda Picotest P2105A-1X
Como se muestra en la Figura 3, también realizamos un experimento adicional con un cable coaxial soldado conectado a la placa junto con la sonda de barra colectora R&S ZPR20. Todas las sondas se colocan en el mismo punto de medición, una zona deshabitada de aterrizaje de condensadores (C23).
figura 3. Cinco configuraciones de sonda diferentes para nuestro experimento.
Prueba de la sonda R&S RT-ZP11 10X
La Figura 4 muestra la respuesta de voltaje en la salida del TPS7H4003 para la sonda RT-ZP11. El cuadro verde resalta las mediciones del cursor que capturan la respuesta de voltaje pico a pico de la forma de onda.
Figura 4. Medición de ondulación de tensión con la sonda R&S RT-ZP11.
Una nota sobre las sondas de atenuación 10X
Es importante tener en cuenta que la alta impedancia de la sonda (10 MOhm) del RT-ZP11 limita significativamente el rango dinámico de la configuración de medición. Como se muestra en la Figura 4, el alcance vertical se establece en el alcance máximo absoluto disponible en el MXO58. Esto se debe a que la RT-ZP11 es una sonda 10x, que atenúa 10x nuestra señal de interés. Esto significa que nuestra SNR también se divide por 10.
¿Por qué es eso importante? Al medir con un osciloscopio, es importante utilizar todo el rango dinámico del osciloscopio para lograr una medición precisa. Esto se logra asegurando que la señal en la pantalla del osciloscopio utilice al menos 3/4 del rango vertical del osciloscopio. En otras palabras, maximizamos la señal capturada en la pantalla del osciloscopio, asegurándonos de maximizar el rango dinámico del osciloscopio.
Esto significa que con una sonda 10X solo hemos limitado el rango dinámico de nuestra configuración de medición. En resumen: nunca se debe utilizar una sonda 10X para medir señales pequeñas. Estas sondas están diseñadas para proteger la parte frontal del osciloscopio de voltajes mucho más altos. Sin embargo, los ingenieros todavía utilizan sondas 10X para realizar mediciones de señales pequeñas, lo que limita la precisión de las mediciones.
Esto hace que debido a la impedancia de 10 MOhm de la sonda RT-ZP11, la relación señal-ruido sea limitada, lo que limita el nivel máximo de señal al MXO 5 e impide que nuestra medición aproveche al máximo el rango dinámico del osciloscopio.
Prueba de la sonda Power Rail R&S ZPR20 1X
La Figura 5 muestra los resultados de la misma medición con la sonda ZPR20 1X. El umbral de ruido pico a pico se redujo de 19,50 a 12,43 mV.
Figura 5. Medición de ondulación de tensión con la sonda de barras R&S ZPR20.
Prueba de la sonda Picotest P2104A-1X
Al repetir nuestra prueba con la sonda Picotext P2014A-1X se obtuvo la forma de onda de salida que se muestra en la Figura 6. Esto da como resultado un voltaje de ondulación de pico a pico aún más bajo, de solo 10,40 mV.
Figura 6. Medición de ondulación de tensión con la sonda Picotest P2104A.
Prueba de la sonda Picotest P2105A-1X
El Picotest P2105A es la única otra sonda de navegador con una inductancia y carga de sonda aún más bajas que la P2104A. Sin embargo, el Picotest P2105A sólo está disponible con atenuación 1x. Por lo tanto, si su voltaje es superior a 5 Vrms, el P2015A debe combinarse con una solución de bloque de CC Picotest Port Saver como el P2131A para proteger la parte frontal de su osciloscopio MXO 5. La sonda Picotest P2015A-1X con el P2131A proporcionó el resultado de medición de ruido más bajo a 9,32 mV, como se muestra en la Figura 7.
Figura 7. Medición de ondulación de tensión con la sonda Picotest P2105A.
Después del primer análisis, la solución de sonda Picotest P21045-1X con MXO 5 ofrece la solución de medición de ruido más baja.
Pruebas con el Picotest P2104A-1X y el R&S RPZ20
Como área adicional de investigación, queríamos combinar la sonda P2104A-1X con la sonda de barra colectora R&S RPZ20 para evaluar el rendimiento de esta solución de medición. Esta configuración de medición se muestra en la Figura 8.
Figura 8. Configuración de prueba con el R&S ZPR20 con sonda Picotest P2104A.
Esta combinación de sondas produjo resultados ligeramente mejores que la P2104A sola: 10,08 mV frente a 10,40 mV, como se muestra en la Figura 9. Podríamos haber probado una versión similar combinando el P2105A con el ZPR20, pero no estaban disponibles en el momento en que completamos este artículo.
Figura 9. Medición de ondulación de tensión con el R&S ZPR20 con sonda Picotext P2104A.
Pruebas con cable coaxial soldado y el R&S RPZ20
Aunque esta guía se centra en las soluciones de sonda que utilizan la serie MXO 5, aún queremos cubrir todas nuestras bases y realizar una evaluación final para examinar el rendimiento de ruido del COAX soldado junto con la sonda de barra colectora R&S ZPR20. Esta configuración se muestra en la Figura 10 a continuación, y en la Figura 3 arriba se muestra un primer plano de la solución COAX soldada.
Figura 10. Configuración de prueba con el R&S ZPR20 con coaxial soldado.
Se midió que la ondulación del voltaje pico a pico para esta configuración fue de 11,40 mV (Figura 11). Aunque una solución soldada normalmente debería ofrecer un mejor rendimiento, es importante recordar que no ofrece la repetibilidad de una sonda de navegador. La ventaja de utilizar una sonda navegador de baja inductancia como la P2104A o P2105A es que proporciona una repetibilidad de bajo ruido en sus configuraciones de medición.
Figura 11. Medición de ondulación de tensión con el R&S ZPR20 con cable coaxial soldado.
Comparación de los resultados de las pruebas de sonda
Como se muestra en la Tabla 1, Picotest P2105A es la solución de sonda mejor calificada. El P2105A disponía que La solución absolutamente más silenciosa que hemos evaluado hasta ahora. Este bajo ruido se debe al mayor blindaje del cable Picotest PDN y a la muy baja carga de la sonda de la solución de sonda P2104A.
tabla 1. Resumen de los resultados de la medición de ondulación de voltaje
|
Pico a pico |
Reducir la ondulación |
% de reducción |
|
| R&S RT-ZP11 | 19:50 | N / A | N / A |
| R&S ZPR20 | 12.43 | 7.07 | -36,3% |
| Picotest P2104A-1X | 10.40 | 9.10 | -46,7% |
| R&S ZPR20 con coaxial soldado | 11.40 | 8.10 | -41,5% |
| Picotest P2104A-1X con R&S ZPR20 | 10.08 | 9.42 | -48,3% |
| Picotest P2105A con P2131A | 9.32 | 10.18 | -52,2% |
Como se muestra, la solución de la sonda es fundamental para lograr una solución de medición con bajo nivel de ruido. Incluso una excelente sonda de línea de transmisión pasiva puede superar a una solución de sonda activa de alta gama.
El P2105A también se puede combinar con el ZPR20 para proporcionar una solución aún mejor y más silenciosa, pero esto está fuera del alcance de este artículo.
¡Al realizar la prueba, es importante hacerlo bien!
Al realizar pruebas, desea obtener los mejores resultados posibles. Como ha demostrado esta prueba, los Picotest P2105A y P2104A-1X proporcionan un método muy preciso y fiable para medir señales de bajo ruido. Nuestros resultados han demostrado que esta sonda de navegador es incluso una solución mejor y con menor ruido que la solución coaxial soldada y, obviamente, ¡es mucho más fácil de usar!
Las sondas P2105A y P2104A, combinadas con la solución de barra colectora ZPR20 de Rohde & Schwarz, brindan la mejor solución de medición de bajo ruido para el MXO 5. La ventaja de usar el ZPR20 con estas sondas Picotest es que los ingenieros ahora tienen los beneficios del voltímetro de CC de alta precisión. Puede utilizar funciones integradas en el ZPR20. Además, el ZPR20 tiene una compensación de compensación de +/-60V. Emparejarlo con una sonda de 50 ohmios como la P2104A-1X o P2105A proporciona la relación señal-ruido (SNR) y el rango dinámico más altos.
En resumen, esto también significa que si se realiza más de una medición simultáneamente en el mismo DUT, habrá un bucle de tierra y se debe agregar un transformador coaxial (J2102B) a su configuración de medición.
Si tiene alguna pregunta sobre las soluciones de medición de osciloscopios, contáctenos en nuestro sitio web o por correo electrónico a [email protected].
A menos que se indique lo contrario, todas las imágenes utilizadas son cortesía de Signal Edge Solutions.
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