Poziomy odniesienia w pomiarach parametrów impulsów EDS i EFT

Standardy przemysłowe w zakresie aparatury pomiarowej do badania odporności oraz emisji zaburzeń przez urządzenia elektroniczne wymagają od jednostek badawczych posiadania oscyloskopu, do weryfikacji parametrów wykorzystywanych impulsów testowych: ich kształtu, czasu narastania i opadania oraz szerokości. Impulsy takie generowane są w generatorach zaburzeń ESD lub EMC, których działanie musi być okresowo kontrolowane.

Posłuchaj
00:00

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

Powiązane treści
Już w poniedziałek EMC Europe 2016
Zobacz więcej w kategorii: Prezentacje firmowe
Produkcja elektroniki
Montaż powierzchniowy – nowoczesna elektronika na zamówienie
PCB
Poradnik projektanta PCB - stosy warstw obwodów drukowanych
Pomiary
Voltcraft przedstawia nową serię multimetrów VC-900
PCB
Od pomysłu do produktu w kilka dni: siła szybkiego prototypowania PCB
Produkcja elektroniki
Zaawansowane maszyny i osprzęt do seryjnej produkcji wiązek
Komponenty
Nowoczesne rozwiązania kablowe, konfekcjonowane przewody readycable i systemy readychain oferowane przez firmę igus
Zobacz więcej z tagiem: Pomiary
Technika
Regulacja i pomiar temperatury - technologie, czujniki i zastosowania
Technika
Regulacja temperatury - czym i jak?
Prezentacje firmowe
Voltcraft przedstawia nową serię multimetrów VC-900

Najczęstsze błędy przy projektowaniu elektroniki i jak ich uniknąć

W elektronice „tanio” bardzo często znaczy „drogo” – szczególnie wtedy, gdy oszczędza się na staranności projektu. Brak precyzyjnych wymagań, komponent wycofany z produkcji czy źle poprowadzona masa mogą sprawić, że cały produkt utknie na etapie montażu SMT/THT albo testów funkcjonalnych. Konsekwencje są zawsze te same: opóźnienia i dodatkowe koszty. Dlatego warto znać najczęstsze błędy, które pojawiają się w projektach elektroniki – i wiedzieć, jak im zapobiegać.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów