Измерение сопротивления RDS(on) с помощью осциллографов высокой четкости

Измерительная задача

Чтобы рассчитать значение сопротивления R_DS(on) для МОП-транзистора, работающего в инверсном режиме, требуется измерить ток стока и напряжение сток-исток. Однако из-за высокого напряжения сток-исток в закрытом состоянии и пиков при переключении сложно измерить относительно небольшое напряжение сток-исток открытого транзистора с помощью стандартных осциллографов, разрешение которых обычно составляет восемь разрядов. Кроме того, неудовлетворительная компенсация пробника и ненадлежащие методы измерений могут значительно исказить сигнал, что приводит к неправильным результатам измерений даже в случае осциллографа с необходимым динамическим диапазоном.

Контрольно-измерительное решение

Цифровой осциллограф R&S^®RTO/R&S^®RTE в сочетании с программной опцией R&S^®RTO-K17/R&S^®RTE-K17 и надлежащими методами измерений позволяет измерять напряжение сток-исток для получения значения RDS(on), когда требуется широкий динамический диапазон. Благодаря цифровой фильтрации нижних частот достигается разрешение по вертикали до 16 разрядов, уменьшаются помехи и повышается отношение сигнал-шум. Пользователь может ограничивать полосу пропускания (выбор диапазонов) от 1 ГГц до 10 кГц (от 10 до 16 разрядов). Таким образом, можно изучать незначительные детали сигнала, такого как напряжение сток-исток в импульсных источниках питания, которые в противном случае были бы скрыты помехами.

Применение

Надлежащие методы измерений и компенсация пробника для точных измерений

При измерении сигналов с высокочастотными составляющими очень важно, чтобы контур, сформированный используемыми для измерения соединениями (соединения сигнального вывода и земли), был как можно короче. Подпружиненный наконечник пассивного пробника R&S^®RT-ZP10 в сочетании с подпружиненными контактами земли обеспечивают надежный контакт при минимальных шумах и помехах в измеряемом сигнале. Поэтому возможны измерения непосредственно на выводах и корпусе МОП-транзистора. Точная компенсация пробника также очень важна для измерений с высоким разрешением. Плохо скомпенсированный пробник — это источник ошибок измерений, которые также могут негативно влиять на предлагаемые здесь дифференциальные измерения. Для измерений на МОП-транзисторе, у которого отсутствует заземленный вывод, следует использовать активный дифференциальный пробник. В данном случае особенно полезным оказался активный дифференциальный пробник R&S^®RT-ZD10 (1 ГГц), поскольку он поставляется с дополнительным аттенюатором 10:1, который расширяет диапазон напряжений пробника до 70 В пост. тока/46 В перем. тока (пик).

Анализ очень мелких деталей сигнала в режиме высокой четкости

Благодаря опции высокой четкости R&S^®RTO-K17/R&S^®RTE-K17 пользователи получают очень гибкое средство повышения разрешения цифрового осциллографа R&S^®RTO/R&S®RTE. В программной опции для повышения разрешения осциллографа используется цифровая фильтрация. Максимально возможное напряжение в 16 разрядов позволяет выполнять подробный анализ, даже когда требуется чрезвычайно широкий динамический диапазон. Чтобы быстро настроить режим высокой четкости, требуется выполнить всего несколько действий:

• Нажмите кнопку «Mode» (Режим)
• На вкладке «Acquisition» (Сбор данных) нажмите кнопку «Option Mode» (Режим опции) и выберите вариант «High definition» (Высокая четкость)
• Отрегулируйте полосу пропускания. Полученное в результате разрешение отображается автоматически

Выбранная ширина полосы пропускания должна быть как можно меньше, чтобы получить достаточное разрешение, но как можно больше, чтобы сократить до минимума искажение сигнала вследствие фильтрации. Идеальную полосу пропускания для измерений следует определять в каждом конкретном случае.

Предотвращение проблем со смещением при расчете RDS(on)

При измерении таких сильно отличающихся уровней напряжения требуются дополнительные действия, чтобы получить правильный результат. Точности смещения осциллографов уже недостаточно, чтобы для расчета сопротивления R_DS(on) просто разделить напряжение сток-исток МОП-транзистора на ток стока. Когда пробники Роговского используются для измерения тока через вывод стока МОП-транзистора, можно измерить только переменную составляющую тока. Поэтому в результатах измерения тока на осциллографе присутствует постоянное смещение.

Эту проблему можно решить, так как наклон графика тока стока остается постоянным или приблизительно постоянным в течение определенного интервала времени, когда МОП-транзистор открыт. Далее предлагается дифференциальный метод для расчета сопротивления R_DS(on) в режиме высокой четкости:

• Отрегулируйте вертикальный масштаб осциллографа, чтобы максимальное напряжение сток-исток, включая пики, не превышало диапазон входного напряжения осциллографа. В противном случае при перегрузке и насыщении будет снижаться точность измерений напряжения сток-исток
• Посредством масштабирования отобразите напряжение сток-исток так, чтобы четко видеть наклон соответствующего графика
• Включите усреднение сигналов, чтобы устранить оставшийся нежелательный шум или помехи
• Измерьте наклон графика напряжения сток-исток, чтобы получить Δu_D
• Измерьте наклон графика тока стока МОП-транзистора в том же интервале времени, что и для Δu_D, чтобы получить Δi_D
• Рассчитайте R_DS(on) путем деления Δu_D на Δi_D

На снимке экрана показаны соответствующие измерения.

Заключение

Опция высокой четкости R&S^®RTO-K17/R&S^®RTE-K17 позволяет измерять детали сигнала, которые могут быть скрыты в шумах типовых 8-разрядных осциллографов. Возможно измерение параметров, таких как сопротивление R_DS(on) в импульсных источниках питания, в случае широкого динамического диапазона сигнала. Особое внимание следует уделять использованию надлежащих методов измерений и точной компенсации пробника, поскольку оба этих фактора могут оказывать значительное влияние на результаты измерений. Рекомендуется проверить точность результатов таких измерений с широким динамическим диапазоном посредством выполнения измерений в различных условиях.