Bei Impedanzmessungen mit Vektornetzwerkanalysatoren ist höchste Präzision gefordert. Mit dem R&S®ZNL lässt sich die Impedanz innerhalb eines breiten Messbereichs mit klassenweit geringster Messunsicherheit charakterisieren.
Auf einer Leiterplatte wird jede Leiterbahn, die ein Spannungsreglermodul (VRM oder DC/DC-Wandler) mit dem Stromversorgungseingang eines oder mehrerer Schaltkreise verbindet, üblicherweise als Power Rail (Stromversorgungsschiene) bezeichnet. All diese Leiterbahnen bilden zusammen das Power Delivery Network (PDN) einer Leiterplatte.
Um seinen Zweck optimal zu erfüllen, sollte ein PDN eine charakteristische Impedanz im Milliohm-Bereich (mΩ) aufweisen. Darüber hinaus sollte die Impedanz idealerweise nicht frequenzabhängig nach oben oder unten vom Nennwert abweichen. Die Analyse des PDN-Frequenzgangs ist von Bedeutung, da der Stromfluss vom VRM zu den versorgten Schaltkreisen Einschwingphasen (z. B. während des Einschaltens, bei dynamischen Lasten usw.) unterliegt, die das Spektrum auf bis zu mehrere hundert Megahertz vergrößern.
Bei diesen Frequenzen spielt jede Verbindung innerhalb des PDN eine aktive Rolle bei der Leistungsübertragung, da sie sich abhängig von ihren physikalischen Eigenschaften wie Spulen oder Kondensatoren verhalten. Die Stromversorgungsschienen selbst agieren als Übertragungsleitungen, wobei jede durch ihre eigene Induktivität und Kapazität gekennzeichnet ist. Ein Stromfluss durch diese Schwingstrukturen ist für die versorgten Schaltkreise oftmals problematisch (z. B. in Bezug auf Signalintegrität, elektromagnetische Strahlung usw.). Die präzise Charakterisierung der Impedanz eines PDN ist daher beispielsweise bei Leiterplattentests und bei der Fehlersuche von höchster Bedeutung.
Allerdings eignen sich nicht alle Messgeräte für Impedanzmessungen. So können einige aufgrund ihres unzureichenden Dynamikbereichs niedrige Impedanzen nicht messen. Andere wiederum können keinen Sweep bis zur gewünschten Frequenz und deren Harmonischen durchführen oder sie verfügen nicht über eine geeignete Schnittstelle zur Leiterplatte. Vektornetzwerkanalysatoren (VNA) bieten all die oben genannten Eigenschaften. Allerdings verhält sich die Präzision der Impedanzmessung proportional zur Genauigkeit des Geräts in Bezug auf Anpassung und Reflexion oder Transmission.
Dabei ist zu beachten, dass bei einem PDN ein Fehler von 1 mΩ über das Ergebnis eines PASS/FAIL-Tests entscheiden kann. Somit wirken sich die Wahl eines geeigneten VNA und ein korrekter Messaufbau positiv auf die Produktionsausbeute aus, indem eine niedrige Messunsicherheit sichergestellt wird und so die Wahrscheinlichkeit für falsch positive Ergebnisse sinkt.
| Genauigkeit von Transmissionsmessungen | ||
|---|---|---|
| Über 5 kHz | +5 dB bis –35 dB | < 0,05 dB oder < 0,5° |
| –35 dB bis –50 dB | < 0,1 dB oder < 1° | |
| –50 dB bis –65 dB | < 0,2 dB oder < 2° | |
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Daten basieren auf einem angepassten Prüfling, einer Messbandbreite von 10 Hz und einem Messtor-Nennausgangspegel von –10 dBm. |
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| Kalibrierte, spezifizierte Transmissionsgenauigkeit (Betrag und Phase) des R&S®ZNL, gültig für das gesamte Spektrum | ||
Impedanzgenauigkeit des Messaufbaus für niedrige Impedanz, berechnet mit der kalibrierten, spezifizierten Transmissionsgenauigkeit des R&S®ZNL, gültig für das gesamte Spektrum. Daten zwischen –65 dB und –90 dB sind extrapoliert.
Der R&S®ZNL Vektornetzwerkanalysator bietet die klassenweit beste Anpassung und Genauigkeit. Dank seiner Vielseitigkeit eignet sich das Gerät für Messungen in anspruchsvollsten Umgebungen, sei es an einem Prüfstand in einem Labor oder im Außenbereich.
Die Bedienoberfläche des R&S®ZNL ist sehr intuitiv, sodass auch Anwender ohne tiefgehende HF-Kenntnisse problemlos eine Messung einrichten und die Daten in allen erforderlichen Formaten visualisieren können. Um eine Impedanzmessung durchzuführen, wählt der Anwender einfach eine der folgenden Optionen aus dem Messmenü:
Jede dieser Optionen entspricht einem bestimmten Messaufbau und eignet sich jeweils am besten für einen speziellen Impedanzbereich.
Die Kombination aus der dritten Option und einer korrekten Kalibrierung mit hochwertigen Kalibrierkits von Rohde & Schwarz sorgt für geringste Messunsicherheit bei PDNs, deren Impedanz Bruchteile eines Milliohm betragen kann.
Mit dem R&S®ZNL Vektornetzwerkanalysator können auch Anwender ohne tiefgehende HF-Kenntnisse Impedanzmessungen für eine breite Palette an Testszenarien (von sehr niedrigen bis zu sehr hohen Impedanzen) einrichten. Im Gegensatz zu den meisten anderen Vektornetzwerkanalysatoren dieser Klasse sind die Ergebnisse dank der ausgezeichneten Genauigkeit äußerst zuverlässig.
Optional lassen sich beispielsweise eine Spektrumanalyse-Funktion oder ein Batteriesatz installieren, sodass der R&S®ZNL zum perfekten Alleskönner für jedes Messszenario wird.
Beziehung zwischen Gerätefunktionen und Messaufbauten für eine korrekte Impedanzberechnung
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