RTx-K36系列結合R&S示波器快速有效進(jìn)行頻率響應分析

　　頻率響應分析

　　分析器件的頻率響應特性時(shí)，針對高頻信號一般采用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀 (VNA)，針對低頻信號一般采用頻響分析儀(或動(dòng)態(tài)信號分析儀 、音頻分析儀 )(FRA)。矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀適用于分析高頻無(wú)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，低頻器件設計人員要求較低的起始頻率，有時(shí)甚至需要低至幾Hz。而傳統矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀的起始頻率通常處于kHz范圍內，這對測試低頻器件的頻率響應特性，提出了大的挑戰。這樣，分析低頻器件的頻率響應特性時(shí)，常用頻響分析儀來(lái)測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)信號分析儀一般成本很高，操作也麻煩，很多用戶(hù)往往不能承受。

　　具有示波器頻率響應分析功能的廠(chǎng)商，把此功能一般嵌入到中高檔示波器中，或者通過(guò)計算機接口和相應軟件傳送到PC機中、通過(guò)軟件算法實(shí)現此功能。以上這些做法，要不示波器的成本高，要不就是使用麻煩。

　　德國羅德與施瓦茨推出的RTx-K36系列頻率響應分析選件 ，用在了其性?xún)r(jià)比極高的RTB2002示波器 上，70MHz帶寬/2通道RTB2002入門(mén)級示波器再加上內置RTB-K36頻率響應分析選件，可測量低至10Hz的頻率響應，且價(jià)格僅為市場(chǎng)上其它產(chǎn)品的一半左右，市面價(jià)格不到2萬(wàn)元人民幣。

　　電源設計和驗證

　　電源設計中的反饋環(huán)路設計決定著(zhù)產(chǎn)品的質(zhì)量，而頻率響應分析是設計閉環(huán)電路中必不可少的測試環(huán)節?？刂骗h(huán)路響應分析(波特圖)和電源抑制比(PSRR)測量提供關(guān)鍵測量，確保實(shí)現穩定的低噪聲電源設計。雖然使用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀或專(zhuān)用頻響分析儀可實(shí)現這種分析，但這些儀器要求大量的設置時(shí)間和很長(cháng)的學(xué)習周期。

　　示波器是電源測試和表征的最重要測量工具，配置頻率響應分析功能的示波器，除以往測量電源的紋波、幅度、頻率等電源特征外，還可表征電源的頻率響應特性：控制環(huán)路響應 (波特圖)和電源抑制比 (PSRR)，可以更好進(jìn)行電源設計和驗證。配置頻率響應分析功能的示波器，可以取得被測設備(DUT)的頻率響應分析特性曲線(xiàn)圖(波特圖)，進(jìn)行產(chǎn)品電路和器件性能的驗證和分析,例如：電路設計反饋、濾波器/放大器/諧振電路設計、電纜頻率響應和信號轉變的效能。

　　1、電源環(huán)路穩定性評價(jià) ：控制環(huán)路響應(波特圖)繪制閉環(huán)電路的頻率和相位響應，自動(dòng)計算增益和相位裕度

　　電源控制環(huán)路的穩定性對于評估電源性能至關(guān)重要，控制環(huán)路不穩定，會(huì )導致振動(dòng)和效率下降。R&S示波器內置RTx-K36頻率響應分析選件后，通過(guò)波特圖和增益/相位裕度測量，設計人員可以確定電源控制環(huán)路的穩定性;濾波器設計人員還使用幅度和相位示圖測試濾波器性能。自動(dòng)控制環(huán)路響應測量使用示波器內置的掃頻信號源，在掃描指定頻率范圍內激勵DUT，并繪制每個(gè)點(diǎn)上的幅度和相位圖。掃頻信號使用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(lái)自動(dòng)計算增益和相位裕度;應用示波器的光標可查看曲線(xiàn)中任意頻率上的增益和相位值。

　　2、分析DC/DC轉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受電源影響的量，PSRR越大，輸出信號受到電源影響越小。通過(guò)電源抑制比測量，DC-DC轉換器和穩壓器設計人員可以量化器件在規定頻率范圍內衰減AC的能力。使用示波器內置的掃頻信號源和J2120A等線(xiàn)性注入變壓器，來(lái)調制穩壓器輸入，R&S示波器內置RTx-K36頻率響應分析選件后自動(dòng)測量被調制的輸入和輸出上的AC電壓。在使用下述公式計算掃描的頻帶內每個(gè)頻率上的電源抑制比：PSRR=20Lg(紋波Vin/紋波Vout)，并用示圖表示結果。

　　三、 RTx-K36系列頻率響應分析（波特圖）：自動(dòng)執行控制環(huán)路響應測量的示波器

　　執行控制環(huán)路頻率響應或電源抑制比(PSRR)測量，或進(jìn)行無(wú)源器件特征表征時(shí)，使用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀通常無(wú)法涵蓋9kHz以下的頻率范圍，或使用獨立頻響分析儀的成本過(guò)高而超出預算。RTx-K36系列頻率響應分析(波特圖)選件擴展了RTB2002 、RTB2004 、RTM3002 、RTM3004 、RTA4004 系列示波器的應用范圍，解決了以上系列示波器在執行控制環(huán)路響應等頻率響應測量時(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)顯示相對頻率的相位和增益變化，是一款快捷進(jìn)行低頻頻率響應分析的經(jīng)濟型方案。執行控制環(huán)路響應或電源抑制比(PSRR)測量，或進(jìn)行無(wú)源器件特征表征時(shí)，使用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀通常無(wú)法涵蓋9kHz以下的頻率范圍，或成本過(guò)高而超出預算。RTx-K36系列頻率響應分析(波特圖)選件配置相應示波器，且價(jià)格合理，可代替低頻網(wǎng)絡(luò )分析儀或專(zhuān)用的獨立式頻響分析儀。

　　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，可在購買(mǎi)了以上系列示波器后通過(guò)密鑰在用戶(hù)現場(chǎng)隨時(shí)隨地安裝。內置示波器中，用來(lái)測量從10Hz到25MHz頻率范圍內的有源和無(wú)源DUT的增益和相位傳遞函數。以上系列示波器內部集成任意波形發(fā)生器，以提供頻響分析的激勵信號;這樣把增益和相位與頻率的關(guān)系繪制為波特圖。RTx-K36特別適用于開(kāi)關(guān)電源，用于測量和調整控制環(huán)路頻率響應和電源抑制比(PSRR)，其中幅度增益和相位裕度直接從波特圖中讀取。

　　RTx-K36系列頻率響應分析(波特圖)關(guān)鍵指標：FRA頻率范圍：10Hz～25MHz;每10倍頻測試點(diǎn)數量：10～500點(diǎn);動(dòng)態(tài)范圍：典型值>70dB。這樣頻率越高，測試點(diǎn)的數量越多，用戶(hù)就可以測試更大范圍的產(chǎn)品，并取得更高分辨率的FRA測試結果。

　　此外，RTB2002、RTB2004、RTM3002、RTM3004和RTA4004系列示波器具備10位ADC垂直分辨率、低噪聲和內置25MHz信號源等特點(diǎn)，在執行傳統的時(shí)域測量基礎上，支持廣泛的通用測量，借助此款RTx-K36波特圖應用選件執行增益和相位頻率響應分析，完全滿(mǎn)足此類(lèi)測量任務(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(xiàn)性電源時(shí)，測得的增益和相位測量結果非常接近于網(wǎng)絡(luò )分析儀。