Pomiary małych mocy oscyloskopem

Rozdzielczość

Innym czynnikiem ograniczającym widzenie małych sygnałów prądowych jest rozdzielczość oscyloskopu. Rozdzielczość to najmniejsza wartość, jaką może zmierzyć oscyloskop dla określonego ustawienia pionowej skali. Bieżącą rozdzielczość pomiaru oblicza się, dzieląc bieżącą wartość pełnego ekranu przez liczbę poziomów kwantyzacji oferowanych przez oscyloskop. Oscyloskopy z 8-bitowymi przetwornikami ADC oferują 2^8 lub 256 poziomów kwantyzacji. Oscyloskopy z 10-bitowymi przetwornikami ADC oferują 2^10 lub 1024 poziomy kwantyzacji. Sygnał pokazany na rysunku 3 przedstawia urządzenie mobilne, które przechodzi z trybu oszczędzania energii do stanu wyższego poboru mocy, a następnie z powrotem do trybu uśpienia. Aby wychwycić sygnał, oscyloskop musi być wyskalowany, aby wychwycić najwyższy poziom mocy. W tym przykładzie pełną skalę ustawiono na wartość 200 mA / działkę lub pełną skalę 1,6 A.W przypadku oscyloskopu 8-bitowego rozdzielczość w tym przykładzie wynosi 1,6 A podzielone przez 2^8 (256 poziomów kwantyzacji) lub 6,25 mA. Użytkownik nie będzie mógł zobaczyć szczegółów mniejszych niż ta wartość, gdy wymagana jest widoczność w trybie oszczędzania energii. W oscyloskopie 10-bitowym, takim jak Infiniium S-Series, w tym przykładzie rozdzielczość będzie wynosić 1,6 A podzielone przez 2^10 (1024 poziomów kwantyzacji) lub 1,56 mA. Użytkownik uzyska rozdzielczość czterokrotnie większą niż oscyloskop 8-bitowy, ale nadal nie będzie w stanie zobaczyć sygnałów mniejszych niż 1,56 mA w tym przykładzie.

Rysunek 3. Urządzenie mobilne wymaga skalowania oscyloskopu pionowego 200 mA / dz lub pełnego ekranu 1,6 A, aby uchwycić tryby wysokiej mocy, jak również tryby niskiego poboru mocy. Rozdzielczość oscyloskopu w tym przykładzie wynosi 1,6 A podzielone przez liczbę poziomów kwantyzacji zapewnianych przez przetwornik ADC oscyloskopu

Wpływ skalowania pionowego na rozdzielczość

Oprócz poziomów kwantyzacji i rozdzielczości oscyloskopu, skalowanie pionowe samego oscyloskopu ma wpływ na rozdzielczość. Na przykład skalowanie przebiegu w celu objęcia całego sygnału na ekranie oscyloskopu. Jeśli sygnał jest skalowany tak, aby zajmował tylko 1/2 pionowego obrazu na oscyloskopie 8-bitowym, właśnie zmniejszyłeś liczbę używanych bitów ADC z 8 do 7 i zobaczysz zmniejszoną rozdzielczość. Jeśli przeskalujesz przebieg tak, aby zajmował pełną skalę pionową, użyjesz wszystkich 8 bitów ADC oscyloskopu. Aby uzyskać najlepszą rozdzielczość, inżynierowie muszą używać najbardziej czułego ustawienia skalowania pionowego, zachowując przebieg na wyświetlaczu. Połączenie ADC, architektury front-end oscyloskopu i zastosowanej sondy określa, jak nisko może schodzić oscyloskop obsługujący skalowanie pionowe. W pewnym momencie każda rodzina oscyloskopów ma wartość pionową, gdzie skalowanie poza ten punkt nie zmniejsza szumu bezwzględnego. Raczej szum będzie wyraźniejszy niż oczekiwano - nawet jeśli pokrętła oscyloskopu pozwalają użytkownikowi wybrać mniejsze ustawienie. Producenci często określają to jako punkt, w którym oscyloskop przechodzi do sztucznego powiększania. Zmniejszenie skali pionowej oscyloskopu po prostu powiększa wyświetlany sygnał i nie powoduje żadnej dodatkowej rozdzielczości. W przypadku sondy prądowej 1: 1 podłączonej do złącza 50 Ω większość tradycyjnych oscyloskopów wykorzystuje powiększenie programowe poniżej 10 mA / działkę. Aby zmaksymalizować rozdzielczość dla pomiarów przy niskim poborze mocy, sprawdź, jak czułe może być pionowe skalowanie Twojego oscyloskopu przed przejściem do powiększania programowego. Na przykład, dla napięcia na złączu 50 Ω, oscyloskopy Infiniium serii S obsługują sprzętowe skalowanie pionowe do 2 mV / działkę. Jest to 3 ½ razy bardziej czułe niż poprzednia generacja Infiniium serii 9000. Weźmy przykład czułości rozdzielczości przy użyciu sondy prądowej. Z sondą prądową N2820A podłączoną z rezystorem czujnikowym 100 mΩ, oscyloskop serii S może być wyskalowany do 1 mA / dz, wartość pełnego ekranu wyniesie 8 mA. Rozdzielczość będzie wartością równą 8 mA podzieloną przez 1024 poziomy kwantyzacji czyli 8 μA.

Rysunek 3 (a). Dostosowanie skalowania pionowego do bardziej czułego ustawienia zwiększa rozdzielczość. To samo dotyczy oscyloskopu, który ma więcej bitów ADC. W tym przykładzie oscyloskop z serii S zapewnia czterokrotnie większą rozdzielczość prądu niż jego 8-bitowy odpowiednik, gdy oba mają to samo pionowe skalowanie 80 mA