Moderne, kapazitive Touchscreens, wie sie z. B. in Mobiltelefonen zum Einsatz kommen, reagieren empfindlich auf das Gleichtaktrauschen externer Stromversorgungsgeräte (External Power Supply, EPS).
Moderne, kapazitive Touchscreens, wie sie z. B. in Mobiltelefonen zum Einsatz kommen, reagieren empfindlich auf das Gleichtaktrauschen externer Stromversorgungsgeräte (External Power Supply, EPS). Bei kapazitiven Touchscreens wird die Kapazität einer menschlichen Fingerkuppe gegenüber einer Bezugsmasse gemessen. Falls das zu bedienende Touch-Gerät an ein externes Stromversorgungsgerät angeschlossen wird, kann der Gleichtakteinfluss auf die Bezugsmasse die gemessene Kapazität signifikant verfälschen. Das externe Stromversorgungsgerät befindet sich gewissermaßen in der Spannungsschleife für die Kapazitätsmessung. Das Messen und die Charakterisierung von externen Stromversorgungsgeräten gemäß den Normen, wie sie beispielsweise im „Guide on Implementation of Requirements of the Common EPS“ oder in IEC 62684 festgehalten sind, gewährleisten eine fehlerfreie Bedienung von Mobilgeräten mit kapazitiven Touchdisplays.
Für den Messaufbau wird das EPS an das Stromversorgungsnetz mit 90 V bis 264 V (L) angeschlossen. Anschließend wird das Gleichtaktrauschen zwischen dem Messtor n und Schutzerde (PE) gemessen (siehe Abb. 1). Die Messkurve verläuft periodisch zur Netzfrequenz, wird aber gekappt, mit einer geschätzten Größe von 200 V (Uss). Das Netzsignal dominiert die vom EPS verursachten Pulse, beeinflusst die Touchscreen-Bedienung jedoch nicht negativ. Die Probleme werden durch die Pulse verursacht. Der Zoom (Abb. 1) auf die gemessene Spannung V(n, PE) zeigt das Gleichtaktrauschen (Common Mode Noise, CMN), das durch das Schaltnetzteil (SMPS) verursacht wird, als Folge von Pulsen, die vom Netzsignal überlagert werden. Zudem tritt ein deutliches Rauschen als Folge von ungenügender Auflösung zum Vorschein. Die relative Größe des SMPS-Pulses wird als Differenz zwischen den Cursorn gemessen (ΔV = –5,4 V). Die Aufgabe besteht darin, das Worst-Case-Pulssignal zu messen. Da aber einige hundert Pulse pro Netzperiode auftreten, müsste das Zoom-Fenster immer manuell angepasst werden, um jeden Puls zu messen. In diesem Fall sind keine automatisierten Messungen möglich. Für eine erfolgreiche und schnelle Messung benötigt man zwei Dinge:
Abb. 2: Messaufbau für die Messung des Gleichtaktrauschens eines externen Stromversorgungsgeräts
Ein R&S®RTE1000 oder R&S®RTM3000 Oszilloskop erfüllt diese Anforderungen in Kombination mit einem externen Hochpassfilter (fC = 1 kHz; (330 pF/1 MΩ) || (330 pF/1 MΩ [Eingangsimpedanz des Oszilloskops])) und einer Last (RL und 10 kΩ) gemäß den im „Guide on Implementation of Requirements of the Common EPS“ spezifizierten Anforderungen (Abb. 2). Der Filter entfernt die Netzsignalkomponente (siehe obere Messkurve in Abb. 3). Die Auflösung wird durch Verwendung einer optimalen vertikalen Skalierung von 1,25 V/Div verbessert, um das CMN-Signal darzustellen. Der Netz-Trigger gewährleistet eine stabile Darstellung der Messkurve. Um eine Netzperiode mit weniger als 20 Msample zu erfassen, wird eine Unterabtastung angewendet. Dies ermöglicht auch den Einsatz des High-Resolution-Mode (HiRes), sodass die Auflösung weiter verbessert wird.
Die Suchfunktion der R&S®RTE1000 und R&S®RTM3000 Oszilloskope vereinfacht die Bewertung des Gleichtaktrauschens. Um den Worst Case zu finden, wird eine Pulsbreitensuche mit einer Breite von 1,5 μs ±0,3 μs (aus der Cursor-Messung in Abb. 1) und einem Pegel von 2 V (wie im „Guide on Implementation of Requirements of the Common EPS“ festgelegt) durchgeführt. Das Oszilloskop liefert alle SMPS-Pulse, die einen bestimmten Pegel überschreiten. Abb. 3 zeigt die Ergebnisse in der CMN-Pulsliste. Der Messkurven-Zoom bezieht sich auf den in der Liste gewählten Puls. Mit den Pfeil-nach-oben-/Pfeil-nach-unten-Tasten kann der Nutzer durch alle Werte, die den Pegel überschreiten, blättern und den Worst-Case-Puls finden.
Sowohl die negativen als auch die positiven Pulse in der Liste lassen sich mit einem Cursor oder einer automatisierten Messung analysieren. In Abb. 3 wird mit Hilfe von automatisierten, signalsynchronen Messungen in Zeitfenstern, die mit der Cursor-Messung übereinstimmen, der gewählte Puls (niedrig: –3,71 V; Dauer des negativen Pulses: 1,66 μs) analysiert. Beide Messergebnisse sind rot eingekreist (siehe rechte Seite in Abb. 3). Beachten Sie, dass die vertikale „niedrige“ Messung die Vor- und Nachschwinger des Pulses ausmittelt. Die Vor- und Nachschwinger treten am Anfang auf. Jedoch hat dies mit Zeitdauern kleiner als 250 ns keinen Einfluss auf die Messung und stimmt so mit den Anforderungen des „Guide on Implementation of Requirements of the Common EPS“ überein.
Die R&S®RTE1000 und R&S®RTM3000 Oszilloskope stellen die richtigen Werkzeuge bereit, um das Gleichtaktrauschen eines externen Stromversorgungsgeräts zu analysieren. Mit einem externen Hochpassfilter und einer normkonformen Last können R&S®RTE1000 und R&S®RTM3000 eine große Menge an Schaltnetzteil-Pulsen analysieren, um die Konformität zu prüfen. Das hier aufgeführte Beispiel zeigt einen negativen Puls. Positive Pulse lassen sich auf die gleiche Art und Weise analysieren.
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