Pomiary mocy

Producenci oscyloskopów cyfrowych charakteryzujących się co najmniej średnimi parametrami oferują swoim klientom środki umożliwiające wykonywanie złożonych pomiarów mocy. Spotykane są dwa rozwiązania. W pierwszym, pomiar jest prowadzony za pośrednictwem specjalnej aplikacji uruchamianej na komputerze, z którym powinien być połączony oscyloskop. W drugim, pomiar jest wykonywany autonomicznie przez sam oscyloskop, którego firmware zawiera odpowiednie funkcje. Oscyloskop powinien być oczywiście wyposażony w sondy prądowe i wysokonapięciowe przystosowane do mierzonych napięć i prądów, a sam oscyloskop musi mieć parametry wystarczające do mierzenia zdarzeń zachodzących np. w przetwornicach impulsowych. Jeśli przetwornice te pracują z wysokimi częstotliwościami, oscyloskop kiepskiej klasy naprawdę nie poradzi sobie z problemem.

Rohde & Schwarz wybrał rozwiązanie, w którym wszystkie funkcje pomiaru mocy są implementowane w opcjonalnie instalowanym firmwarze oscyloskopu. Są one łatwo dostępne z kokpitu szybkiego wywoływania (rys. 8). Mamy tu uruchamiane jednym kliknięciem myszki pomiary:

• jakości mocy,
• prądu rozruchowego,
• harmonicznych prądu,
• modulacji,
• rezystancji dynamicznej,
• Slew Rate,
• S.O.A. (zakresu bezpiecznej pracy),
• czasu włączenia/wyłączenia,
• strat mocy przełączania,
• sprawności,
• tętnień,
• odpowiedzi impulsowej,
• widma sygnału wyjściowego.

Rys. 8. Przykładowy pomiar strat mocy przełączania

Jak widać, oscyloskopem rodziny RTO2000 można zmierzyć w zasadzie wszystkie parametry zasilaczy, przetwornic, falowników itp. W pomiarach takich jak straty mocy przełączania bardzo istotna jest dokładna kalibracja parametrów czasowych wszystkich używanych kanałów. Najdrobniejsza różnica opóźnień może prowadzić do powstawania sporych błędów. Na głównej zakładce pomiarów mocy umieszczono więc ikonkę uruchamiającą kalibrację „Auto Deskew” wyrównującą ewentualne różnice opóźnień. Gdy wszystko jest gotowe, pomiar strat mocy staje się dziecinnie prosty. Wystarczy jedno kliknięcie. Oscyloskop ustawia automatycznie kursory wyznaczające początek i koniec fazy załączania oraz wyłączania, a następnie oblicza dla tych przedziałów moc (rys. 9). Użytkownik może jednak dokonać ręcznej korekty położenia kursorów. Pomiar strat mocy przełączania jest często wykonywany podczas uruchamiania przetwornic napięciowych. Jak się okazuje, nawet niewielka korekta ścieżek prądowych na płytce drukowanej może wpływać w istotnym stopniu na straty mocy przełączania, a w ogólnym rozrachunku na sprawność przetwornicy. Nie mniej ważne z punktu widzenia wszystkich użytkowników sieci zasilającej są też ewentualne harmoniczne wprowadzane do sieci przez dołączane do niej urządzenia. Określają to precyzyjnie stosowne normy, a zgodność z nimi może być sprawdzana podczas pomiaru zawartości harmonicznych. Ciekawym rozwiązaniem jest Wizard, który prowadzi użytkownika przez kolejne etapy konfigurowania oscyloskopu w celu poprawnego wykonania pomiarów.

Rys. 9. Zakładka wykorzystywana do uruchamiania pomiarów mocy

Signal integrity

Jakość sygnału spędza sen z powiek nie jednemu konstruktorowi urządzeń elektronicznych. W skrajnych przypadkach różne opóźnienia sygnału cyfrowego docierającego do różnych punktów obwodu drukowanego, albo np. jitter mogą powodować, że dane urządzenie w ogóle nie będzie mogło prawidłowo działać. Brak dbałości o jakość sygnału może też powodować nadmierną emisję zakłóceń EMC, a w konsekwencji nie spełnianie związanych z nimi norm. Oscyloskop rodziny RTO2000 będzie bardzo cenną pomocą w eliminacji takich przypadków. Są dla niego dostępne funkcje testów jakości sygnału z zaawansowaną analizą jittera. Pomiary są dość trudne, ale dzięki wizardom nawet mniej wprawni użytkownicy mogą względnie łatwo przez nie przejść. Wyniki są podawane jako tzw. tracki, długoterminowe trendy oraz histogramy. W wielu interfejsach szeregowych stosowana jest technika umożliwiająca odzyskiwania zegara z transmitowanych danych (Clock Data Recovery). Specjalna funkcja pomiarowa oscyloskopu RTO2004 umożliwia ocenę jakości sygnału pod tym kątem.

Testy zgodności

Oscyloskopy rodziny RTO2000 są przystosowane do przeprowadzenia szybkiego testu zgodności urządzeń z wybranymi normami. Aktualnie oferowane przez R&S gotowe testy przedstawiono w tab. 1, ale użytkownik może też opracowywać własne procedury. Należy jednak zaznaczyć, że część pomiarów narzuca minimalne parametry dla oscyloskopu, potrzebne jest też odpowiednie oprzyrządowanie.

Tab. 1. Testy zgodności oferowane przez Rohde & Schwarz

Pomiary EMI

Przywykliśmy, że do pomiarów EMI wymagane są zaawansowane technologicznie przyrządy, przede wszystkim analizatory widma. Na rynku spotykane są kompaktowe rozwiązania, w których oscyloskop wyposażono w moduł analizatora widma i generator. Przyrządy tego typu sprawdzają się we wstępnych badaniach inżynierskich, na etapie konstruowania urządzenia, przed oddaniem prototypu do badań w specjalizowanych laboratoriach. Bazując na swoich doświadczeniach Rohde & Schwarz lansuje nieco inne, prostsze podejście. Uznano, że oscyloskopy np. rodziny RTO2000 mają wystarczającą czułość i dynamikę, aby w połączeniu z odpowiednio dostosowaną funkcją FFT mogły być wykorzystywane do badań EMI. W zastosowaniach takich pełnią więc rolę zbliżoną do analizatorów widma, nie będąc nimi w rzeczywistości. Koncepcja ta w zupełności sprawdza się np. podczas badania bliskich pól. Oczywiście konieczne jest stosowanie odpowiednich sond. Oferta R&S obejmuje takie oprzyrządowanie.

Aby oscyloskop mógł być wykorzystywany do badań EMI konieczne było opracowanie funkcji FFT spełniającej specyficzne wymagania. I tak, oscyloskopy RTO2000 nakładają na siebie sygnały pozyskiwane w zachodzących na siebie przedziałach określonych w dziedzinie czasu i dla każdego z nich obliczają widmo funkcją FFT. Następnie, z tak uzyskanych wyników pośrednich tworzone jest ostateczne widmo sygnału. Częstość występowania poszczególnych składników widma jest kodowana kolorami, co daje pełniejsze informacje o charakterze zachodzących zjawisk, w tym emisji EMI. Użytkownik może nawet obserwować na ekranie sporadyczne sygnały lub zakłócenia. Bardzo pomocne, wręcz nieodzowne są tu maski definiowane w dziedzinie częstotliwości. Każda częstotliwościowa anomalia sygnału jest natychmiast wyłapywana.