Präzise Doppelpulstests mit dem R&S®RT-ZISO isolierten Tastkopfsystem

Ihre Anforderung

Bei der Charakterisierung von Leistungstransistoren – wenn schnelle Schalttransienten exakt gemessen, der dynamische Einschaltwiderstand und die Schaltverluste analysiert und dabei hohe Spannungsdifferenzen sowie Gleichtakt-(CM)-Störungen in einem DPT-Aufbau beherrscht werden müssen – lässt sich mit herkömmlichen Tastkopflösungen nur schwer die nötige Kombination aus Sicherheit, Genauigkeit und Bandbreite erreichen, insbesondere für Halbleiter mit großer Bandlücke. High-Side-Messungen der Gate-Source-Spannung, bei denen der Schaltknoten von Low-Side-Transistoren umgeschaltet wird, führen zu einer schnell wechselnden Gleichtaktspannung. Konventionelle differenzielle Hochspannungstastköpfe mit langen 4-mm-Bananenmessleitungen sind in hohem Maße störanfällig. Ingenieure benötigen eine Lösung, die solche Einschränkungen überwindet und präzise Messungen mit einem besseren Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) bei hohen Frequenzen ermöglicht.

Lösung von Rohde & Schwarz

Das isolierte R&S®RT-ZISO Tastkopfsystem wurde genau für solche Messaufgaben konzipiert und entwickelt. Die optische Isolation trägt zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen bei, indem sie den Signalrückweg zu den Messgeräten begrenzt. Beim neuen koaxialen Tastkopfkonzept leiten die geschirmten Tastkopfspitzen schnelle Gleichtaktstörungen zur Quelle zurück, sodass das gemessene Signal nur minimal gestört wird und der Tastkopf ein ausgezeichnetes CMRR erreicht. Konventionelle differenzielle Hochspannungstastköpfe bieten typischerweise nur einen CMRR-Wert von 20 dB bis 25 dB bei Bandbreiten bis 400 MHz. Die folgenden Screenshots zeigen im Detail, wie sich Effekte beim Aufladen des Transistor-Gates mit dem R&S®RT-ZISO ermitteln lassen.

CMRR-Überlegungen zum DPT-Aufbau

Bei der Messung an schnellen Leistungsbauelementen in einem DPT-Aufbau unterdrückt das isolierte R&S®RT-ZISO Tastkopfsystem Gleichtaktstörungen und macht das tatsächliche Messsignal sichtbar. Ein gutes CMRR ist nur möglich, wenn der Messpfad eine minimale Einfügeinduktivität aufweist. Zwar sind auch Vierkantpins und breite Vierkantpins als Tastspitzen verfügbar, doch führen die Verbindung zum Prüfling und die Signalführung zu einem bei hohen Frequenzen deutlich geringeren CMRR als mit koaxialen Tastspitzen. Geeignete Steckverbinder müssen entworfen und die Signalführung muss sorgfältig geplant werden. Die Beratung durch DPT-Experten kann hier eine große Hilfe darstellen.

Die PE-Systems GmbH unterstützt Anwender weltweit mit Doppelpulstest-Lösungen und bietet dafür Design-Dienstleistungen sowie die Systemintegration modularer Doppelpulstester an. Die modularen Prüfadapter minimieren parasitäre Effekte und sorgen bei Designs mit MMCX-Steckverbindern für optimale Signalqualität mit dem R&S®RT-ZISO. Erfahrung und Know-how sind entscheidend für genaue und reproduzierbare Ergebnisse.

Dank dem geringen Rauschen und der hohen Empfindlichkeit von ±20 mV eignet sich der Tastkopf auch für Strommessungen über Shunts. PE-Systems setzt dafür einen oberflächenmontierten MMCX-Shunt mit minimaler Einfügeinduktivität und hoher Bandbreite ein, der genaue Strommessungen ermöglicht.

Praktische Anforderungen im DPT-Aufbau

Doppelpulstests verlangen mechanische Flexibilität und definierte Umgebungsbedingungen. Hochspannungs- und Strommessungen finden in Sicherheitsgehäusen statt, in denen für Geräte und Tastköpfe nur wenig Platz zur Verfügung steht. Anforderungen an die Temperaturkonditionierung und komplexe Gate-Treiber in modularen Aufbauten erfordern eine sorgfältige Platzierung von Messgeräten und Tastköpfen.

Das R&S®RT-ZISO verfügt über lange, formbare Tastkopfspitzen und eine Tastkopfhalterung, die mit gängigen Stativ- und Kamerahalterungen kompatibel ist – so lässt sich der Messaufbau leicht anpassen. Die formbaren Spitzen halten ihre Form und üben nur minimale Kräfte auf die Steckverbinder aus, was deren Lebensdauer verlängert. Beim Arbeiten mit hochfrequenten Gleichtaktsignalen müssen Messgeräte in einem sicheren Abstand gehalten oder abgeschirmt werden, um Störungen zu minimieren.

Modulare DPT-Tester von PE-Systems unterstützen die MXO 5C Oszilloskope und das 10 m lange Lichtleiterkabel des R&S®RT-ZISO. Die DPT-Tester von PE-Systems können zudem per Software aus der Ferne betrieben werden, sodass sich Geräte und Tastköpfe aus sicherem Abstand steuern lassen.

Fazit

Doppelpulstests an Leistungskomponenten der nächsten Generation erfordern ein verbessertes CMRR für hohe Frequenzen und Spannungsbereiche. Das isolierte R&S®RT-ZISO Tastkopfsystem wurde speziell für diese Anforderungen konzipiert. In Kombination mit den DPT-Testlösungen von PE-Systems eröffnen die Tastköpfe erweiterte Möglichkeiten für genaue Messungen in gestörten Umgebungen und für schnelle Shunt-Strommessungen.

Je höher die Anforderungen an Präzision und Robustheit, desto wichtiger wird Know-how zu prüfgerechtem Design und spezialisierten Messaufbauten. Die Lösung von Rohde & Schwarz und PE-Systems bietet eine umfassende Antwort auf Ihre Messanforderungen.