Analyser des signaux modulés en largeur d'impulsion

Votre tâche

La modulation en largeur d'impulsion (PWM) est une technique courante pour commander efficacement des alimentations à découpage à une fréquence fixe. Cela est valable pour plusieurs types d'alimentation au sein des systèmes de contrôle industriels, en électronique de puissance et dans les communications numériques. La PWM est donc une technique particulièrement répandue utilisée dans la conception des convertisseurs numérique / analogique, par exemple les amplificateurs audio de catégorie D, celle des alimentations et des inverseurs DC / DC, par exemple les entraînements à fréquence variable (VFD) des moteurs DC et ceux des moteurs triphasés. Les signaux de différence, en particulier dans les ponts ou les entraînements de moteurs multi-phases, présentent des caractéristiques bipolaires à double impulsion et mettent au défi les ingénieurs au quotidien au niveau du développement et du test.

Solution Rohde & Schwarz

Une manière simple et efficace d'obtenir un niveau d'image élevé d'un signal PWM consiste à utiliser la capacité d'affichage en persistance de votre oscilloscope. L'utilisation de la persistance peut vous apporter une vue d'ensemble du type de largeurs d'impulsion que vous avez à traiter dans votre signal. De plus, la graduation de couleurs montre où l'activité la plus forte de la forme d'onde se situe.
Cependant, la persistance et la graduation de couleurs ne fournissent aucune information d'analyse. La période est-elle modulée en plus de la largeur ? A quelle fréquence le cycle de modulation se répète-t-il ? Combien de largeurs de chaque valeur se produisent-elles ? De telles connaissances sont essentielles lors du développement de plusieurs modules électroniques tels que les convertisseurs buck, qui sont utilisés dans les alimentations, dans la tension d'alimentation des processeurs ou pour les chargeurs de batteries.
Pour obtenir ces informations, vous devez utiliser des techniques d'analyse plus évoluées.
La fonction de suivi des oscilloscopes R&S®RTM3000 et R&S®RTA4000 peut démoduler le signal PWM et extraire le signal de modulation dans une forme d'onde de suivi. La forme d'onde de suivi se compose de valeurs mesurées dans le domaine temporel, elles ont été enregistrées pendant une acquisition. Cet outil d'analyse trace les résultats de n'importe quelle valeur donnée en fonction du temps, vous apportant ainsi une vision très claire de la manière dont les paramètres PWM évoluent lors de la mesure sur une période relativement longue. Cela permet d'évaluer le suivi et la linéarité corrects dans les régulateurs / contrôleurs PWM.
La norme dans la fonction de suivi des R&S®RTM3000 et R&S®RTA4000, intégrée dans le calcul, vous permet de définir un seuil supérieur (unipolaire) et un seuil inférieur (bipolaire) pour votre signal démodulé.

Le calcul intègre en standard les analyses de suivi suivantes :

• Suivi : période (unipolaire et bipolaire)
• Suivi : fréquence (unipolaire et bipolaire)
• Suivi : largeur d'impulsion (unipolaire et bipolaire)
• Suivi : rapport cyclique (unipolaire et bipolaire)

Configuration de la mesure

Des mesures PWM précises dépendent du bon choix de la sonde. La plupart des oscilloscopes sont généralement livrés avec des sondes passives 10:1. Avec celles-ci, il peut être compliqué de trouver un point de référence de masse significatif, par exemple lors de la mesure de la différence entre deux signaux qui ne peuvent pas être connectés à la terre. Pour ces mesures, des sondes différentielles sont recommandées, telle que la R&S®RT-ZD10. En fonction de l'application et de l'environnement, les tensions peuvent varier de manière considérable et peuvent atteindre la gamme du kV. Les sondes R&S®RT-ZHD ont été conçues pour des tensions jusqu'à 6 kV et sont les plus adaptées pour ces environnements.

Configuration de l'instrument

Après la connexion de l'oscilloscope au circuit sous test, utilisez la boîte de dialogue de l'application de l'oscilloscope pour accéder à l'onglet "suivi", qui contient les différents types de démodulation.

• Différentes techniques PWM nécessitent différentes formules pour les types de démodulation
  • Choisissez entre PWM (unipolaire et bipolaire), PDM (unipolaire et bipolaire), inverseur, moteur DC, moteur triphasé et PWM – RGB LED (voir la capture d'écran en bas à gauche)
• En fonction du type de démodulation sélectionné, l'oscilloscope règle la condition de déclenchement avec la polarité; des ajustements supplémentaires de l'utilisateur peuvent alors être effectués dans le menu math
• Les réglages utilisateur incluent les analyses de modulation telles que le suivi sur la période, la fréquence, la largeur d'impulsion ou le rapport cyclique
• Réglez un seuil supérieur (UL) pour les traces unipolaires et un seuil inférieur (LL) pour les traces bipolaires
• Chaque seuil se compose d'un réglage de niveau et d'hystérésis; ajustez ceux-ci en fonction de vos besoins
  • Les fronts montant et descendant peuvent être sélectionnés et réglés sur “On edge” et “Off edge” ainsi que sur “On” et “Off Double Pulse” pour la fréquence et la période

Résultats de mesure

L'utilisation de la fonction de suivi dans le menu math vous permet de démoduler le signal PWM et d'afficher la forme d'onde supplémentaire comme une trace mathématique. Cela permet d'afficher jusqu'à cinq courbes de suivi simultanément.
En se basant sur la forme d'onde de suivi extraite, d'autres analyses peuvent être réalisées. La fonctionnalité de suivi des R&S®RTM3000 et R&S®RTA4000 vous permet de placer chaque curseur sur la forme d'onde de suivi et d'appliquer toutes les options mathématiques disponibles sur celle-ci. Vous pouvez également utiliser toutes les mesures disponibles telles que RMS ou fréquence (pour obtenir l'information à propos de la fréquence de rotation) sur la forme d'onde de suivi et visualiser l'évaluation statistique de chaque mesure.
Après avoir réaliser les étapes de mesure et d'analyse, obtenez une vision plus approfondie par rapport à, par exemple, la manière dont un cycle de modulation se répète souvent ou comment plusieurs largeurs de chaque valeur se produisent. Utilisez l'aperçu pour trouver les erreurs dans l'algorithme de contrôle, afin d'analyser le comportement du contrôleur ou d'observer le comportement au démarrage et à l'arrêt. Cela vous apportera une compréhension approfondie de ce qui se passe réellement sur votre signal PWM.
Pour le rapport, vous pouvez facilement et rapidement sauvegarder des captures d'écran, des formes d'ondes, des statistiques ou la configuration complète sur une clé USB ou via la technologie LAN vers un PC.

Conclusion

La fonction de suivi des oscilloscopes R&S®RTM3000 et R&S®RTA4000 est la fonction la plus adaptée pour l'affichage de n'importe quelle variation d'un signal PWM en fonction du temps et cela pour diverses applications.

Elle apporte des informations détaillées à propos du signal PWM pour chaque cycle unitaire et indique toutes les anomalies. Combiné avec les capacités de mesures supplémentaires, un convertisseur analogique / numérique sur 10 bits, une profonde mémoire et une mémoire segmentée, les R&S®RTM3000 et R&S®RTA4000 proposent une solution rentable et économique. Les deux instruments apportent aux ingénieurs une certaine flexibilité dans la conception des convertisseurs numérique / analogique, des alimentations et des inverseurs DC / DC, par exemple pour les entraînements à fréquence variable des moteurs DC et les moteurs triphasés.