RTx-K36系列結(jié)合R&S示波器快速有效進(jìn)行頻率響應(yīng)分析

使用示波器作為主要的電子測(cè)量工具。如今，隨著技術(shù)的進(jìn)步，示波器已不僅僅是一個(gè)只看電壓或電流波形的儀器，它們的功能已大大提升，成為電子測(cè)試的"多面手"。現(xiàn)在，市面上一些技術(shù)優(yōu)越的示波器廠商，為示波器配備頻率響應(yīng)分析(波特圖)的功能，使示波器成為了頻響分析儀。
 

一、頻率響應(yīng)分析
分析器件的頻率響應(yīng)特性時(shí)，針對(duì)高頻信號(hào)一般采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA），針對(duì)低頻信號(hào)一般采用頻響分析儀（或動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、音頻分析儀）（FRA）。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀適用于分析高頻無源或有源器件，如：濾波器、放大器、混頻器或多端口模塊等。但是，低頻器件設(shè)計(jì)人員要求較低的起始頻率，有時(shí)甚至需要低至幾Hz。而傳統(tǒng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的起始頻率通常處于kHz范圍內(nèi)，這對(duì)測(cè)試低頻器件的頻率響應(yīng)特性，提出了大的挑戰(zhàn)。這樣，分析低頻器件的頻率響應(yīng)特性時(shí)，常用頻響分析儀來測(cè)試低頻器件的頻率特性。而且，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀一般成本很高，操作也麻煩，很多用戶往往不能承受。
具有示波器頻率響應(yīng)分析功能的廠商，把此功能一般嵌入到中上等示波器中，或者通過計(jì)算機(jī)接口和相應(yīng)軟件傳送到PC機(jī)中、通過軟件算法實(shí)現(xiàn)此功能。以上這些做法，要不示波器的成本高，要不就是使用麻煩。
德國(guó)羅德與施瓦茨推出的RTx-K36系列頻率響應(yīng)分析選件，用在了其性價(jià)比極高的RTB2002示波器上，70MHz帶寬/2通道RTB2002入門級(jí)示波器再加上內(nèi)置RTB-K36頻率響應(yīng)分析選件，可測(cè)量低至10Hz的頻率響應(yīng)，且價(jià)格僅為市場(chǎng)上其它公司產(chǎn)品的一半左右，市面價(jià)格不到2萬元人民幣。

二、電源設(shè)計(jì)和驗(yàn)證
電源設(shè)計(jì)中的反饋環(huán)路設(shè)計(jì)決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，而頻率響應(yīng)分析是設(shè)計(jì)閉環(huán)電路中必不可少的測(cè)試環(huán)節(jié)。控制環(huán)路響應(yīng)分析（波特圖）和電源抑制比(PSRR)測(cè)量提供關(guān)鍵測(cè)量，確保實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低噪聲電源設(shè)計(jì)。雖然使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀或?qū)Ｓ妙l響分析儀可實(shí)現(xiàn)這種分析，但這些儀器要求大量的設(shè)置時(shí)間和很長(zhǎng)的學(xué)習(xí)周期。
示波器是電源測(cè)試和表征的*重要測(cè)量工具，配置頻率響應(yīng)分析功能的示波器，除以往測(cè)量電源的紋波、幅度、頻率等電源特征外，還可表征電源的頻率響應(yīng)特性：控制環(huán)路響應(yīng)(波特圖)和電源抑制比(PSRR)，可以更好進(jìn)行電源設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。配置頻率響應(yīng)分析功能的示波器，可以取得被測(cè)設(shè)備（DUT）的頻率響應(yīng)分析特性曲線圖（波特圖），進(jìn)行產(chǎn)品電路和器件性能的驗(yàn)證和分析,例如：電路設(shè)計(jì)反饋、濾波器/放大器/諧振電路設(shè)計(jì)、電纜頻率響應(yīng)和信號(hào)轉(zhuǎn)變的效能。
1、電源環(huán)路穩(wěn)定性評(píng)價(jià)：控制環(huán)路響應(yīng)（波特圖）繪制閉環(huán)電路的頻率和相位響應(yīng)，自動(dòng)計(jì)算增益和相位裕度
電源控制環(huán)路的穩(wěn)定性對(duì)于評(píng)估電源性能至關(guān)重要,控制環(huán)路不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)和效率下降。R&S示波器內(nèi)置RTx-K36頻率響應(yīng)分析選件后，通過波特圖和增益/相位裕度測(cè)量，設(shè)計(jì)人員可以確定電源控制環(huán)路的穩(wěn)定性；濾波器設(shè)計(jì)人員還使用幅度和相位示圖測(cè)試濾波器性能。自動(dòng)控制環(huán)路響應(yīng)測(cè)量使用示波器內(nèi)置的掃頻信號(hào)源，在掃描指定頻率范圍內(nèi)激勵(lì)DUT，并繪制每個(gè)點(diǎn)上的幅度和相位圖。掃頻信號(hào)使用J2100A等注入變壓器引入到控制環(huán)路中，在示波器屏幕上得到的增益和相位圖(波特圖)，用來自動(dòng)計(jì)算增益和相位裕度；應(yīng)用示波器的光標(biāo)可查看曲線中任意頻率上的增益和相位值。
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2、分析DC/DC轉(zhuǎn)換器的紋波抑制功能：電源抑制比(PSRR)
電源抑制比描述輸出信號(hào)受電源影響的量，PSRR越大，輸出信號(hào)受到電源影響越小。通過電源抑制比測(cè)量，DC-DC轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)人員可以量化器件在規(guī)定頻率范圍內(nèi)衰減AC的能力。使用示波器內(nèi)置的掃頻信號(hào)源和J2120A等線性注入變壓器，來調(diào)制穩(wěn)壓器輸入，R&S示波器內(nèi)置RTx-K36頻率響應(yīng)分析選件后自動(dòng)測(cè)量被調(diào)制的輸入和輸出上的AC電壓。在使用下述公式計(jì)算掃描的頻帶內(nèi)每個(gè)頻率上的電源抑制比：PSRR=20Lg(紋波Vin/紋波Vout)，并用示圖表示結(jié)果。
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三、RTx-K36系列頻率響應(yīng)分析（波特圖）：自動(dòng)執(zhí)行控制環(huán)路響應(yīng)測(cè)量的示波器
執(zhí)行控制環(huán)路頻率響應(yīng)或電源抑制比(PSRR)測(cè)量，或進(jìn)行無源器件特征表征時(shí)，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通常無法涵蓋9kHz以下的頻率范圍，或使用獨(dú)立頻響分析儀的成本過高而超出預(yù)算。RTx-K36系列頻率響應(yīng)分析（波特圖）選件擴(kuò)展了RTB2002、RTB2004、RTM3002、RTM3004、RTA4004系列示波器的應(yīng)用范圍，解決了以上系列示波器在執(zhí)行控制環(huán)路響應(yīng)等頻率響應(yīng)測(cè)量時(shí)較大的局限性。
配備RTx-K36選件后，示波器可顯示波特圖，可同時(shí)顯示相對(duì)頻率的相位和增益變化，是一款快捷進(jìn)行低頻頻率響應(yīng)分析的經(jīng)濟(jì)型方案。執(zhí)行控制環(huán)路響應(yīng)或電源抑制比(PSRR)測(cè)量，或進(jìn)行無源器件特征表征時(shí)，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通常無法涵蓋9kHz以下的頻率范圍，或成本過高而超出預(yù)算。RTx-K36系列頻率響應(yīng)分析（波特圖）選件配置相應(yīng)示波器，且價(jià)格合理，可代替低頻網(wǎng)絡(luò)分析儀或?qū)Ｓ玫莫?dú)立式頻響分析儀。
RTx-K36是一款進(jìn)行頻響分析的軟件選件系列，它們用于RTB2002、RTB2004、RTM3002、RTM3004和RTA4004系列示波器，可在購(gòu)買了以上系列示波器后通過密鑰在用戶現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)隨地安裝。內(nèi)置示波器中，用來測(cè)量從10Hz到25MHz頻率范圍內(nèi)的有源和無源DUT的增益和相位傳遞函數(shù)。以上系列示波器內(nèi)部集成任意波形發(fā)生器，以提供頻響分析的激勵(lì)信號(hào)；這樣把增益和相位與頻率的關(guān)系繪制為波特圖。R&S?RTx-K36特別適用于開關(guān)電源，用于測(cè)量和調(diào)整控制環(huán)路頻率響應(yīng)和電源抑制比（PSRR），其中幅度增益和相位裕度直接從波特圖中讀取。
RTx-K36系列頻率響應(yīng)分析（波特圖）關(guān)鍵指標(biāo)：FRA頻率范圍：10Hz～25MHz；每10倍頻測(cè)試點(diǎn)數(shù)量：10～500點(diǎn)；動(dòng)態(tài)范圍：典型值>70dB。這樣頻率越高，測(cè)試點(diǎn)的數(shù)量越多，用戶就可以測(cè)試更大范圍的產(chǎn)品，并取得更高分辨率的FRA測(cè)試結(jié)果。

此外，RTB2002、RTB2004、RTM3002、RTM3004和RTA4004系列示波器具備10位ADC垂直分辨率、低噪聲和內(nèi)置25MHz信號(hào)源等特點(diǎn)，在執(zhí)行傳統(tǒng)的時(shí)域測(cè)量基礎(chǔ)上，支持廣泛的通用測(cè)量，借助此款RTx-K36波特圖應(yīng)用選件執(zhí)行增益和相位頻率響應(yīng)分析，完全滿足此類測(cè)量任務(wù)的高動(dòng)態(tài)范圍要求。雖然示波器的動(dòng)態(tài)范圍和精度與低頻網(wǎng)絡(luò)分析儀（動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀）相比不夠出眾，但實(shí)際上也是夠用的：配置RTx-K36選件后的示波器，在低噪聲直流輸出上表征線性電源時(shí)，測(cè)得的增益和相位測(cè)量結(jié)果非常接近于網(wǎng)絡(luò)分析儀。