Poziomy odniesienia w pomiarach parametrów impulsów EDS i EFT

Z uwagi na kształt impulsów wykorzystywanych w badaniach EMC, wiele oscyloskopów z takim zadaniem sobie nie radzi lub nie zapewnia wymaganej dokładności. Kluczowe są pomiary czasu narastania oraz długości, niemniej z uwagi na oscylacje i niestabilności konkretne wartości parametrów wyznaczane są z histogramów napięć.

Pozwalają one na wyznaczenie wartości ustalonych dla maksimum impulsu (Top) i wartości minimalnej (Base) i poprzez odniesienie do nich wyliczenie pozostałych wartości jak czas narastania, opadania oraz szerokości. To dlatego, że skoro formalnie czas narastania jest definiowany jako wzrost amplitudy od 10 do 90%, niezbędne jest poznanie, ile wynoszą progi 0% i 100%, czyli Base i Top.

Impuls EFT

Fot. 1. Impuls testowy EFT nie ma wyraźnych stanów, które mogą być uznane za Top i Base do obliczeń parametrów czasowych impulsów

Rozważmy przykładowy impuls testowy EFT, czyli electrical fast transient pokazany na rysunku 1. Nie spełnia on wymagań definiowanych przez IEEE ponieważ nie ma on ustalonych stanów, które można przyjąć za poziomy odniesienia do obliczeń. Po szybkim liniowym wzroście i ostrym szczycie, jego obwiednia wykładniczo maleje, ale nie zbliża się szybko do asymptoty stanu ustalonego.

W takim przypadku wiele oscyloskopów nie wyznacza poprawnie czasów, bo nie jest w stanie określić wartości Top i Base. W takim przypadku pomiary parametrów impulsu wymagają wyznaczenia poziomów 0% (Base) oraz Max - czyli amplitudy szczytu. Ta funkcja jest dostępna w nowszych oscyloskopach, które zapewniają niezbędną elastyczność pomiarów i określają poziomy peak-to-peak, Max, 0%, Min i inne po to aby zawsze wyznaczyć dokładnie wymagane parametry.

ESD

Fot. 2. Porównanie poziomów progowych standardowych i EMC przy pomiarach parametrów impulsów. Użycie standardowych poziomów progowych przy pomiarach impulsów wyładowania elektrostatycznego powoduje błąd pomiaru większy od 2000%.

Na rysunku 2 pokazano przebieg wyładowania elektrostatycznego. Szerokość impulsu oraz czas narastania zostały zmierzone z wykorzystaniem poziomów odniesienia i bez. W przypadku P1 dla poziomów odniesienia 0% i Max, szerokość impulsu została wyznaczona poprawnie i wynosi 2,109 ns. W przypadku P2 wykorzystano poziomy odniesienia Top i Base, co spowodowało duży błąd - 50,3 ns dla tej samej wielkości.

Powodem jest to, że hipotetyczny poziom 50% pomiędzy Top i Base jest źle skorelowany z kształtem impulsu. Przypadek P3 to z kolei pomiar czasu narastania z użyciem poziomów 0% i Max. Daje on wynik 833 ps zgodny z prawdą, natomiast standardowe podejście w przypadku P4 daje błąd bo ten czas wynosi 873 ps. Jak widać czasem przyjęcie złych poziomów odniesienia prowadzi do absurdalnie złych wyników obliczeń.

Warto zauważyć, że poprawne obliczenie parametrów dla przypadków P1 i P2 dla przebiegu z rysunku 1 też jest poprawne, gdy wykorzystywane są poziomy 0% i Max jako odniesienie.

Podsumowanie

Impulsy wykorzystywane w badaniach EMC często są zakłócone na skutek oscylacji, przerzutów nakładających się na ich zbocza, co jest konsekwencją środowiska takich badań. Niestety oscylacje te powodują, że dokładny pomiar parametrów impulsów wymaga wykonania serii pomiarów, uśredniania wyników lub posłużenia się filtracją, a także dobrania poziomów odniesienia. Warto zwrócić uwagę czy posiadany oscyloskop wspiera taką funkcjonalność.

Mike Hertz, Teledyne LeCroy
Opublikował 45 artykułów z dziedziny technik kontrolno-pomiarowych oraz posiada 6 patentów USA z zakresu pomiarów oscyloskopowych

NDN-Zbigniew Daniluk
www.ndn.com.pl