7-2018

Messtechnik Bild 4:

Messtechnik Bild 4: Sechs Beispiele für Verfälschungen durch unzureichende Masseverbindungen [2] Einfluss der Masseverbindung „Sie können sicher sein, dass die größte Quelle für Fehler die Masseverbindung (engl. Grounding) der Probe darstellt.» [1]. Schlechtes Grounding führt zu Welligkeit (engl. Ripple), insbesondere bei Signalen mit Flanken zu Schwingungen (Klingeln, engl. Ringing) und Diskontinuierlichkeiten bei der Wiedergabe der Signalform. Selbst Auswirkungen auf einen anderen Scope-Kanal können auftreten (Ursache: Masseschleife). Im schlimmsten Fall wird die Messung völlig verfälscht bzw. unmöglich. Bild 4 gibt verschiedene Beispiele für Verfälschungen durch unzureichende Masseverbindungen. Verantwortlich für diese Probleme ist die unerwünschte Bild 5: Tastkopf mit NF- und HF-Abgleichmöglichkeit (Quelle: Pico Technolgies) Induktivität der Masseleitung. Sie wird besonders dann kritisch, wenn es gilt, Highspeed- Signale zu messen. Man benötigt dann einen „schnellen“ Tastkopf (Fast Probe). Ein solcher ist an einem mitgelieferten Satz von Kontaktfedern/Federklemmen (Spring Clips) sowie eventuell weiterem Zubehör zu erkennen, welches es ermöglicht, die geringst mögliche Induktivität nach Masse herzustellen. NF- und HF-Kompensation Bei qualifizierten Teilertastköpfen sind zwei Arten des Abgleichs (= Kompensation des Verhaltens der verschiedenen Abschnitte einschließlich Scope-Eingangsimpedanz) möglich: Low-Frequency (LF) und High-Frequency (HF). Die entsprechenden Trimmer finden sich dann an den Enden der Probe, also an der Spitze und am Übergang zum Scope (Bild 5). Die Low-Frequency Compensation für die kHz-Region ist Voraussetzung für den HF- Abgleich. In Bild 6 ist Cp die Streukapazität der Tastkopfspitze und Ccomp1 der variable Kondensator zum Low-Frequenzy- Abgleich. Ccomp2 und Rcomp ermöglichen die High-Frequency Compensation. Zur LF-Kompensation nutzt man ein Referenz- Rechtecksignal (z.B. 1 kHz) und stellt auf höchste Flankensteilheit und geringstes Überschwingen ein. Die High-Frequency Compensation gleicht die Einflüsse von Kabelimpedanz und Eingangsimpedanz des Scopes aus. Hier kann auch die parasitäre Induktivität des Scope- Eingangs eine Rolle spielen. Sie bewirkt dann ein nichtlineares Frequenzverhalten, eventuell zu beobachten im VHF-Bereich. Für den Abgleich mit Rcomp and Ccomp2 ist ein Referenz- Rechtecksignal mit möglichst hoher Flankensteilheit erforderlich. Die Anstiegszeit muss mindestens um Faktor 3 kürzer sein als die Anstiegszeit der Probe. Auch das Überschwingen muss gering sein (z.B. max. 3% Overshoot). Der Abgleich erfolgt 32 hf-praxis 7/2018

Messtechnik Bild 6: Ersatzschaltung für Tastkopf und Scope-Eingang wechselseitig auf bestmögliche Darstellung. Abschätzung des Einflusses der Probe In [5] gibt der Autor folgenden Tipp: „Um den Einfluss einer Tastspitze auf das Signal am Testpunkt zu erhalten, wird eine zweite Tastspitze desselben Typs verwendet. Diese wird einmal mit dem Testpunkt kontaktiert. Das Signal wird auf einem zweiten Oszilloskopkanal dargestellt. Beide Kurven sind bei gleicher Skalierungs- und Offset-Einstellung deckungsgleich. Jetzt speichert man eine der beiden Kurven ab, löst die Verbindung eines Tastkopfs und vergleicht die gespeicherte Kurve mit der Kurve, bei der das Testpunkt- Signal mit nur einem Tastkopf belastet wurde. Aus dem Vergleich lässt sich der Einfluss einer Tastspitze auf das Signal sehr gut erkennen.” Schlüsselspezifikationen Es gibt eine Anzahl von wichtigen Scope-Probe-Spezifikationen: - Genauigkeit Die Toleranz des Tastkopfs, z.B. die Abweichung vom Nennwert 1:10, addiert sich zur Spannungs- Anzeigetoleranz des Scopes. - Bandbreite (-3 dB) Werden ein Scope und ein Tastkopf mit der selben -3-dB-Bandbreite zusammengeschaltet, ist der Abfall des gesamten Systems an den Bandgrenzen 6 dB. - Kabellänge Je länger das Kabel, umso höher die Eingangskapazität und umso geringer die Bandbreite! - Gleichtakt-Unterdrückung (Common Mode Rejection Ratio, CMMR) Diese Spezifikation gibt es nur bei differentiellen Probes. - Kompensationsbereich In diesem Bereich kann die Eingangskapazität des Scopes liegen. - Spannungsbelastung Achtung, diese sinkt stark mit steigender Frequenz! - Eingangskapazität bei gegebener Scope-Eingangskapazität Je länger die Leitung, umso geringer ist die Abhängigkeit vom Scope-Eingang. - Eingangswiderstand Dieser ist stark frequenzabhängig, s. oben. Wichtig ist auch die Ausgestaltung des Massekontakts. Man informiere sich also sorgfältig vor dem Erwerb einer Probe. Die Erfahrung lehrt, dass teure Tastköpfe durchaus das Geld wert sind. Modulares Tastkopfsystem für Messungen bis 9 GHz Zum Messen schneller Datensignale braucht man leistungsfähige Tastköpfe. Neben der nötigen Bandbreite muss ihr Dynamikbereich ausreichend groß sein und die Eingangsimpedanz darf das Messsignal kaum verzerren. Weiter wird eine vielseitige Kontaktierbarkeit gewünscht. Diesen Forderungen kann man mit aktiven Probes am besten entsprechen. Die neuen modularen Breitbandtastköpfe R&S RT-ZM wurden für diese Anforderungen entwickelt. Ihre anspruchsvolle Technik macht sie vielseitig einsetzbar und dabei doch einfach in der Handhabung. Sie bestehen aus einem Verstärkermodul, an das sich je nach Messaufgabe unterschiedliche Tip-Module zur Kontaktierung des Messobjekts anstecken lassen. Das Verstärkermodul ist über ein Koaxialkabel mit dem R&S- Tastkopfadapter verbunden, der in den gewünschten Kanal am Oszilloskop eingesteckt wird. Er liefert die erforderlichen Versorgungsspannungen und überträgt simultan die analogen und digitalen Signale. Das Verstärkermodul gibt es für die Bandbreiten 1,5, 3, 6 und 9 GHz. Es enthält einen eigens entwickelten HF-ASIC sowie speziell abgestimmte Komponenten. Eine DC-Offset-Kompensation im Verstärkermodul sowie die Möglichkeit, ohne Neukontaktierung symmetrische und unsym- Bild 7: Das Verstärkermodul gibt es mit verschiedenen Bandbreiten bis 9 GHz hf-praxis 7/2018 33