טיפ מקצועי: כיצד לאמת בקלות את ביצועי ה-Probe?
19 ינואר, 2014
מדידת רוחב הפס של פרוב (Probe) היא משימה מייגעת הדורשת בדרך-כלל שימוש בנתח רשת וקטורי (VNA) יקר ומסובך לשימוש. להלן שיטה חלופית, קלה יחסית וזולה מאוד, שכל אחד יכול להיעזר בה
מדידת רוחב הפס של פרוב (Probe) היא משימה מייגעת הדורשת בדרך-כלל שימוש בנתח רשת וקטורי (VNA) יקר. להלן שיטה חלופית, קלה יחסית וזולה מאוד
מאת: Jae-yong Chang, Agilent Technologies
רוחב הפס של מכשירי אוסילוסקופ או פרובים הוא טווח התדרים הנמדד על-ידי המכשיר. ההגדרה המדוייקת היא: רוחב הפס הוא התדר שבו אות סינוסאידלי מוחלש ל-70.7% מהאמפליטודה המקורית שלו (נקודה הנקראת בשם נקודת -3dB).
היצרניות מתכננות את תגובת הסקופ/פרוב כך שתהיה שטוחה ככל האפשר לאורך כל טווח התדרים שלו. מנגד, הלקוחות מסתמכים על רוחב הפס המוצהר, אבל תוהים האם הם באמת מקבלים את הביצועים המובטחים. המאמר מתאר, שלב אחר שלב, כיצד הלקוחות יכולים למדוד ולדעת מה הם ביצועיו האמיתיים של הפרוב שו הם משתמשים.
לרוב, מדובר במשימה מייגעת למדי: מדידת רוחב הפס של הפרוב נעשית בדרך-כלל באמצעות Vector Network Analyzer (נתח רשת וקטורי) יקר וקשה ללימוד. מכיוון שפרובים פסיביים טיפוסיים הם בעלי עכבה גבוה (עד 1Mohm של אוסילוסקופ), קשה ליישם את שיטת s21 המסורתית, משום שהיא מבוססת מערכת של 50ohm.
ניתן גם להשתמש במקור גל סינוס, מפצל, מד מתח ולסרוק ישירות את התגובה. צריך לעשות זאת באמצעות ממשק מרוחק כמו GPIB LAN או USB, אולם הביצוע הידני מייגע מאוד ודורש מאמץ רב בכל פעם שרוצים להעריך תגובה לתדר.
שיטה אלטרנטיבית למדידת רוחב הפס של פרוב
דרך קלה יותר למדידת רוחב פס של פרוב, במיוחד בפרובים בעלי רוחב פס נמוך (פחות מ-1GHz בפרוב פסיבי), היא גישת תחום הזמן, השימושית רק באוסילוסקופ עם מקור אות מדרגה מובנה, פונקציית דיפרנציאל (נגזרת) ו-FFT. כדי להשתמש בשיטה זו האוסילוסקופ צריך לתמוך בפונקציה של פלט פונקציה אחר. אם הדבר לא אפשרי, אחת החלופות היא למשוך את נתוני צורת הגל של תחום הזמן מהאוסילוסקופ, לייבא אותם לכלי ניתוח במחשב דוגמת Matlab), וליישם פונקציות מתמטיות על נתוני המדרגה.
כאשר תיישמו פונקציית מדרגה במערכת, מתקבלת תגובת המדרגה. אם לאחר מכן תיישמו את הדירפנציאל (או הנגזרת) על תגובת מדרגה זו, תקבלו את תגובת האימפולס. לאחר מכן השתמשו ב-FFT של תגובת האימפולס כדי להשיג את תגובת התדר של המערכת.
אוסילוסקופ זמן-אמת מדגם Infiniium של חברת Agilent הוא כלי מצוין לבדיקה מהירה של רוחב הפס. להלן נתאר את הליך הבדיקה שלב אחר שלב. בדוגמה זו השתמשנו בפרוב פסיבי 500MHz מדגם N2873A ובאוסילוסקופ Infiniium ברוחב פס של 4GHz מדגם DSO9404A.
שלב א': השתמש באביזר אימות ביצועים (PV) כגון E2655C של Agilent עם כבל BNC 50ohm לחיבור פלט ה-Aux של האוסילוסקופ לקלט של האוסילוסקופ. לאוסילוסקופ Infiniium יש יציאת Aux בעלת מהירות קצה גבוהה (~340 פיקו-שנייה, 10-90% בסדרת Infiniium 9000) לכיול הפרוב. חשוב מאוד לציין שזמן העלייה של מקור האות צריך להיות מהיר יותר מזמן העלייה של הפרוב, ותגובת התדר של המקור צריכה להיות שטוחה במידה סבירה בתדר.
שלב ב': חבר את הפרוב לאביזר PV כדי למדוד קצה אחד של המקור. השתמש בהארקת פרוב קצרה ככל האפשר כדי להפחית את טעינת הפרוב המשויכת לחיבורי הארקה. CH1 (צהוב) = מקור (פלט Aux) כפי שנטען על ידי הפרוב. CH2 (ירוק) = הפלט הנמדד של הפרוב.
שלב ג': מקם את הקצוות העולים (Rising Edge) של CH2 (המחובר לפרוב). השתמש בקליטה ממוצעת או ברזולוציה גבוהה (12 ביטים) כדי להפחית את הרעש המתווסף לגל.
שלב ד': השתמש בפונקצייה המתימטית המובנית של האוסילוסקופ כדי לגזור את תגובת המדרגה. כעת תקבל את תגובת האימפולס של CH2 שאליו הפרוב מחובר. הקצה את פלט הנגזרת של תגובת המדרגה ל-F1 של האוסילוסקופ.
שלב ה': החל פונקציית Magnitude FFT המובנית על תגובת האימפולס (F1) של אות המדרגה הנמדד. שנה את קנה המידה של FFT ל-100MHz/div (תדר המרכז ב-500MHz עם מירווח תדר של 1GHz במסך) ו-3dB/div באופן אנכי.
שלב ו': כעת יש לך שרטוט של רוחב פס. מאחר וקנה המידה האנכי של שרטוט ה-FFT מוגדר ל-3dB/div, וקנה מידה אופקי שמוגדר ל-100MHz/div. תוכל לראות שלפרוב יש רוחב סרט של ~530MHz כשתבחר את הנקודה שמתחת ל-3dB.
ראוי לזכור שקיימת מכשלה אחת בתהליך המתואר: הדרך שבה אנו גוזרים באוסילוסקופים מסוימים היא באמצעות בחירת המדרון עם ההתאמה הטובה ביותר בין שלוש נקודות סמוכות, והקצאת מדרון זה לנקודת האמצע. פעולה זו יכולה לשבש את מדידת רוחב הפס אם אין מספיק צפיפות של הדגימה בקצה (edge), כך שעליך לנסות צפיפויות דגימה שונות ולוודא שהן לא משפיעות על רוחב הפס.
סיכום
בזכות היכולות המתימטיות המובנות באוסילוסקופים דיגיטליים מודרניים ניתן לקבל את תגובת התדר או מאפייני רוחב הפס של פרוב, על-סמך תגובת המדרגה הנמדדת של אות מדרגה מהיר. בין שיטות הבדיקה השונות, גישת מישור הזמן היא הקלה ביותר לביצוע מבלי שיהיה צורך בהסתמכות על מכשירי בדיקה יקרים.
פורסם בקטגוריות: חדשות , צב"ד , ציוד בדיקה
פורסם בתגיות: featured
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
