Сухой товар | осциллографический зонд всевозможные функции и принцип работы — FAST TURN CHIP

Сухой товар | осциллографический зонд всевозможные функции и принцип работы — FAST TURN CHIP

Благодаря наличию пробника область применения осциллографа расширяется, так что осциллограф может тестировать и анализировать тестируемую электронную схему в режиме онлайн, как показано ниже:

При выборе и использовании пробников необходимо учитывать следующие два аспекта:

Первый: поскольку пробник оказывает влияние на нагрузку, он будет непосредственно влиять на измеряемый сигнал и измеряемую цепь;

Второй: пробник является частью всей измерительной системы осциллографа, он непосредственно влияет на достоверность сигнала прибора и результаты тестирования.

Влияние нагрузки на пробник

Когда пробник обнаруживает тестируемую цепь, он становится частью тестируемой цепи. Нагрузочный эффект пробника включает в себя следующие три составляющие:

• 1. ффект резистивной нагрузки;
• 2. эффект емкостной нагрузки;
• 3. ффект перцептивной нагрузки.

Резистивная нагрузка эквивалентна параллельно включенному в измеряемую цепь резистору, который оказывает парциальное давление на измеряемый сигнал и влияет на амплитуду и смещение по постоянному току измеряемого сигнала. Иногда при добавлении пробника неисправная схема может стать нормальной. Обычно рекомендуемое сопротивление пробника R> 10 раз больше сопротивления измеряемого источника для поддержания погрешности амплитуды менее 10%.

Емкостная нагрузка эквивалентна параллельно включенному в измеряемую цепь конденсатору, который оказывает фильтрующее воздействие на измеряемый сигнал, влияя на время нарастания и спада измеряемого сигнала, влияя на задержку передачи и влияя на пропускную способность канала межсоединений передачи. Иногда при добавлении пробника неисправная схема становится нормальной, и этот эффект емкости играет ключевую роль. Обычно рекомендуется использовать пробник с как можно меньшей емкостной нагрузкой, чтобы уменьшить влияние на фронт измеряемого сигнала.

Индуктивная нагрузка обусловлена индуктивным эффектом заземляющего провода датчика, который резонирует с емкостной и резистивной нагрузками, вызывая звон в отображаемом сигнале. Если на дисплее отображается звонкий сигнал, проверьте, вызван ли он реальным сигналом или кабелем заземления. Для подтверждения наличия звона используйте самый короткий кабель заземления. Как правило, рекомендуется использовать самый короткий провод заземления с индуктивностью =1nH/mm.

Тип датчика

По основным признакам зонды осциллографов можно разделить на две категории: пассивные и активные. Пассивный активный, как следует из названия, предполагает необходимость подачи питания на пробник.

Пассивные пробники подразделяются следующим образом:

1. Датчики с низким сопротивлением резистора;
2. Пассивный зонд с высоким сопротивлением и компенсацией (наиболее часто используемый пассивный зонд);
3. Зонд высокого давления.

Активный зонд подразделяется следующим образом:

1. Одноконцевой активный зонд;
2. Дифференциальный зонд;
3. Токовый пробник.

Наиболее часто используемые высокоомные пассивные и активные пробники можно сравнить следующим образом:

Низкоомный резисторный делитель-щуп с малой емкостной нагрузкой (& LT; 1пФ), более высокой полосой пропускания (> 1,5 ГГц), низкой ценой, но сопротивление нагрузки очень велико, обычно всего 500 Ом или 1 К Ом, поэтому он подходит только для тестирования схем с низким импедансом источника или схем, ориентированных только на тестирование временных параметров.

Пассивный пробник с высоким сопротивлением и компенсацией — это наиболее часто используемый пассивный пробник, который является стандартным пробником общего осциллографа. Высокоомный пассивный пробник с компенсацией имеет более высокое входное сопротивление (обычно более 1 МОм), регулируемый компенсационный конденсатор для согласования со входом осциллографа, имеет более высокий динамический диапазон, может тестировать больший сигнал (в десятки раз больше), цена также ниже. Однако неизвестно, что входной конденсатор слишком большой (обычно более 10 ПФ), а полоса пропускания низкая (обычно менее 500 МГц).

Высокоомный пассивный пробник с компенсацией имеет компенсационный конденсатор, при подключении которого к осциллографу, как правило, требуется регулировка значения емкости (необходимо использовать пробник с небольшой отверткой для настройки пробника в положение тестирования выхода компенсации осциллографа), чтобы соответствовать входной емкости осциллографа, для устранения низкочастотного или высокочастотного усиления. При наличии высокочастотного или низкочастотного усиления в левой части приведенного ниже рисунка скорректированный компенсационный сигнал имеет форму сигнала, показанную в правой части приведенного ниже рисунка.

Высоковольтный зонд представляет собой пассивный зонд с компенсацией, основанной на увеличении входного сопротивления, в результате чего затухание увеличивается (например, 100:1 или 1000:1 и т.д.). Из-за необходимости использования компонентов высокого давления физические размеры датчика высокого давления обычно больше.

Активный пробник

Сначала проверим эффект от тестирования ступенчатого сигнала с временем нарастания 1 нс с помощью пассивного пробника на частоте 600 МГц и активного пробника на частоте 1,5 ГГц. Генератор импульсов используется для формирования ступенчатого сигнала длительностью 1нс. После прохождения через испытательное приспособление SMA-кабель подключается непосредственно к осциллографу с полосой пропускания 1,5 ГГц. Осциллограф отобразит форму сигнала (синий сигнал, показанный ниже) и сохранит ее в качестве эталонной. Затем с помощью тестового приспособления для измерения точки зонда определяется измеряемый сигнал, через SMA, подключенный напрямую, из-за воздействия нагрузки зонда в желтый сигнал, на экране канала зонда появляется зеленый сигнал. Затем измеряется время нарастания сигнала, и можно увидеть влияние пассивного и активного зондов на высокоскоростной сигнал.

Конкретные результаты испытаний следующие:

При использовании пассивного пробника 1165A 600 МГц с проводом заземления типа «крокодилий рот»: под воздействием нагрузки на пробник время нарастания становится: 1,9 нс; форма волны, отображаемая каналом пробника, является звонкой, а время нарастания составляет 1,85 нс;

Использование активного зонда 1156A 1.5ghz, использование 5см провода заземления: влияние нагрузки на зонд меньше, время нарастания по-прежнему: 1ns; Форма сигнала, отображаемая каналом зонда, соответствует исходному сигналу, время нарастания по-прежнему: 1ns.

Ниже показана структура одностороннего активного пробника, а для преобразования импеданса используется усилитель. Односторонний активный пробник имеет высокий входной импеданс (обычно до 100 кОм и более) и малую входную емкость (обычно менее 1 пФ). После подключения к осциллографу через усилитель пробника осциллограф должен использовать входной импеданс 50 Ом.

Активный пробник имеет широкую полосу пропускания (сейчас до 30 ГГц), но нагрузка мала, однако цена относительно высока (как правило, каждый пробник достигает примерно 10% от цены осциллографа с такой же полосой пропускания), а динамический диапазон мал (на это нужно обратить внимание, так как сигнал, выходящий за пределы динамического диапазона пробника, не может быть протестирован корректно. Общий динамический диапазон составляет около 5 В), более хрупкий, пользоваться им нужно осторожно.

Структура дифференциального пробника представлена следующим образом. Для преобразования импеданса используется дифференциальный усилитель. Дифференциальный пробник имеет высокий входной импеданс (обычно более 50 кОм) и малую входную емкость (обычно менее 1 пФ). После подключения к осциллографу через усилитель дифференциального пробника осциллограф должен использовать входной импеданс 50 Ом.

Дифференциальный пробник имеет очень широкую полосу пропускания (до 30 ГГц), нагрузка очень мала, с высоким коэффициентом подавления общей моды, но цена относительно высока (обычно каждый осциллографический пробник для достижения той же полосы пропускания дорожает примерно на 10%), динамический диапазон мал (на что необходимо обратить внимание, поскольку больше, чем динамический диапазон сигнала пробника, не может корректно тестировать. Общий динамический диапазон составляет 3 В или около того), более хрупкие, использовать их нужно осторожно.

Дифференциальные пробники предназначены для высокоскоростного тестирования дифференциальных сигналов (тестирование без заземления), подходят для тестирования усилителей, тестирования мощности, тестирования виртуальной земли и других приложений.

Токовый пробник — это также активный пробник, использующий датчик Холла и индукционную катушку для измерения постоянного и переменного тока. Токовый пробник преобразует сигнал тока в сигнал напряжения, а осциллограф собирает сигнал напряжения и отображает сигнал тока. Токовый пробник может измерять ток от десятков миллиампер до сотен ампер, при его использовании необходимо вывести токопровод (для тестирования токовый пробник зажимает провод посередине, что не влияет на проверяемую цепь). Принцип работы токового пробника при тестировании постоянного и низкочастотного переменного тока: при замыкании токового зажима, заключающего проводник с током в центре, возникает соответствующее магнитное поле. Это магнитное поле отклоняет электроны внутри датчика Холла, создавая электродвижущую силу на выходе датчика Холла. На основе этой электродвижущей силы токовый пробник генерирует обратный (компенсирующий) ток в катушке токового пробника, поддерживая магнитное поле в токовом зажиме на нулевом уровне для предотвращения насыщения. Токовый пробник измеряет реальный ток на основе обратного тока. Этот метод позволяет очень линейно измерять большие токи, в том числе смешанные.

Принцип работы токового пробника при высокочастотных испытаниях:

С увеличением частоты измеряемого тока эффект Холла постепенно ослабевает, и при измерении высокочастотного переменного тока без постоянной составляющей большая его часть создается за счет напряженности магнитного поля, непосредственно индуцируемого в катушке токового пробника. В этот момент токовый пробник работает как трансформатор тока. Токовый пробник непосредственно измеряет наведенный ток, а не ток компенсации, а выход усилителя обеспечивает низкоомный контур заземления катушки.

Принцип работы токового пробника в кроссовой области:

Когда токовый пробник работает в области пересечения высоких и низких частот (20 КГц), часть измерений осуществляется через датчик Холла, а другая часть — через катушку.

Аксессуары для активных пробников

Современные активные зонды с высокой пропускной способностью проектируются отдельно, то есть усилитель зонда отделен от аксессуаров зонда. Преимуществами такой конструкции являются:

1. Поддержка большего количества аксессуаров для зондов, что делает обнаружение более гибким;
2. Защита инвестиций, наиболее дорогим является усилитель датчика (усилитель датчика может поддерживать различные методы обнаружения, ранее для этого требовалось несколько датчиков); в то же время аксессуары датчика защищают усилитель датчика (даже если аксессуары датчика повреждены, цена относительно дешевая);
3. Этот метод проектирования позволяет легко достичь высокой пропускной способности.

Эти аксессуары для датчиков включают в себя, в основном, следующее:

1. Головки для обнаружения точек (в том числе: для обнаружения одного конца и дифференциального обнаружения точек);
2. Принадлежности для сварочных датчиков (в том числе: сварка с одного конца и дифференциальная сварка, раздельная сварка ZIF);
3. Принадлежности для домкратных датчиков;
4. Дифференциальные щупы SMA (осциллографы обычно поддерживают прямое подключение SMA, но если измеряемый сигнал необходимо подтянуть, например, к HDMI, необходимо использовать щупы SMA).

Принципиальная схема подключения щупов выглядит следующим образом:

1. В наконечнике насадки имеется пара демпфирующих резисторов (обычно 82 Ом), которые используются для устранения резонансного эффекта индуктивности в наконечнике насадки;
2. За наконечной частью пробника расположено сопротивление 25 кОм, которое определяет входной импеданс пробника (входной импеданс по постоянному току, а именно сопротивление: одностороннее 25 кОм, дифференциальное 50 кОм). Благодаря этому сопротивлению мощность измеряемого сигнала, передаваемая на усилительную часть пробника, очень мала, чтобы не оказывать большого влияния на измеряемый сигнал.

За резистором Кома находится участок коаксиальной линии, который отвечает за передачу малых сигналов на усилитель. Длина линии передачи может быть как очень длинной, так и очень короткой, с аттенюатором или конденсатором связи посередине.

4. Коаксиальные линии передачи подключаются к усилителям, согласованным на 50 Ом (дифференциальные — на 100 Ом).

Для поддержания точности активного датчика усилитель датчика должен работать при постоянной температуре, поэтому усилитель датчика не может быть помещен в высоко- и низкотемпературную камеру для тестирования печатной платы в условиях высоких и низких температур. Из структуры аксессуаров зонда видно, что длина 50-омной линии передачи в середине не влияет на обнаружение, поэтому можно использовать очень длинный коаксиальный кабель или удлиненный коаксиальный кабель, чтобы коаксиальный кабель входил в высоко- и низкотемпературную камеру для высокой и низкой температуры в тестируемую печатную плату.

Проверка точности зонда и аксессуаров

• На рис. A показаны результаты тестирования с использованием дифференциального пробника 1169A 12 ГГц и приварной насадки N5381A 12 ГГц, которые практически полностью воспроизводят измеренный сигнал;
• На рис. B показаны результаты тестирования пассивного пробника с частотой 500 МГц, при этом отображаемый сигнал полностью искажается.
• На рис. C показаны результаты тестирования дифференциального пробника 1169A с частотой 12 ГГц и длинным тестовым проводом, при этом наблюдается большой перебор.
• На рис. D показаны результаты тестирования с использованием одностороннего пробника 1158A 4 ГГц и длинного тестового провода. Отображаемый сигнал представляет собой почти синусоиду с большими искажениями.

Из рисунка видно, что щуп и его принадлежности оказывают большое влияние на точность тестирования, что является одним из важных моментов, на которые следует обратить внимание при тестировании высокоскоростных сигналов. Как же проверить пробник и его принадлежности?

Для проверки пробника и его принадлежностей необходим генератор импульсных кодов (например, 81134A, частота 3,35 ГГц, фронт импульсного кода 60 с). Если осциллограф имеет функцию вывода высокоскоростного сигнала, то вместо генератора импульсных кодов можно также использовать вспомогательный выходной порт осциллографа (например, осциллограф Infiniium порт AUX OUT может выдавать высокоскоростной тактовый сигнал: 456 МГц, фронт около 65 с).

Кроме того, необходимы коаксиальные кабели и испытательные приспособления (калибровочные приспособления для датчиков с осциллографами Infiniium могут использоваться в качестве приспособлений для проверки крепления датчиков и зондов). Внешняя поверхность тестового приспособления — это Ground, а внутренняя проводка — Signal, как показано ниже. При использовании подключите один конец коаксиального кабеля к порту AUX OUT вспомогательного выхода генератора импульсных кодов или осциллографа, а другой конец — к каналу 1 осциллографа через адаптер.

Затем проверенный пробник подключается к каналу 2. Пробник может контактировать с сигналом и землей испытательного устройства через крепление пробника (если это дифференциальный пробник, то «+» конец следует подключить к сигнальной линии испытательного устройства, а «-» конец — к земле испытательного устройства).

1. Если щуп не касается сигнальной линии, то на экране появится оригинальная осциллограмма, которая будет сохранена в качестве эталонной;
2. Если щуп касается сигнальной линии, то форма сигнала канала 1 изменяется, а форма сигнала после изменения является измеренным сигналом, на который повлияли щуп и его принадлежности;
3. В это время в канале 2, подключенном к зонду, появляется осциллограмма, которая является осциллограммой, измеренной зондом;
4. Сравнивая эталонный сигнал, сигнал канала 1 и сигнал канала 2, подключенного к датчику, можно интуитивно увидеть или прочитать разницу между ними через параметры теста, что позволяет проверить влияние датчика и его принадлежностей.

Ниже приведен пример фактической проверки, на рисунке A осциллограф AUX OUT через коаксиальный кабель подключается к испытательному устройству, другой конец испытательного устройства с помощью SMA — PBNC адаптера подключается к каналу A осциллографа (в данном случае к каналу 3), зонд подключается к каналу 1, настраивается форма волны на экране, в это время получается A edge step waveform, как показано на рис. C, и сохраняется эта форма волны в качестве эталонной формы. Как показано на рис. B, при проверке зондов и аксессуаров на месте измерения на испытательном приспособлении, как показано на рис. D, на экране 3 осциллограммы, синий — эталонная осциллограмма, зеленый — воздействие зонда после измерения осциллограмм, желтый — зонд, форма волны при тестировании параметров времени нарастания, параметров проскакивания и т.д., для подтверждения работоспособности зонда и его крепления.

О дистрибьюторе электронных компонентов FAST TURN CHIP

FAST TURN CHIP — контрактный производитель электронной продукции B2B, имеющий точки поставки электронных компонентов по всему миру. Мы находим и поставляем гибридные электронные компоненты и микросхемы по самым низким ценам и отвечаем уникальным требованиям заказчика. Какие бы компоненты вам ни понадобились, сколько бы их ни было, вы можете приобрести их у Cocreate по разумной цене и с отслеживаемым качеством.