Sondy IsoVu™ a dva metry optiky v generaci číslo dvě

Postupným vývojem neprochází pouze elektronické systémy, na kterých sami usilovně pracujeme, ale také měřicí technika určená k tomu, aby nám se vším správně pomáhala. Je to i případ speciálních osciloskopických sond IsoVu™ s logem společnosti Tektronix. Světlo světa totiž nedávno spatřily již ve své druhé generaci. Jedinou novinkou známého výrobce však rozhodně nebudou.

Odstup ano, ale ne od výkonů

Psal se dvacátý sedmý říjen, když Tektronix představil sondy IsoVu™ druhé generace s galvanickým oddělením [1], které svou řadou TIVP navazují na výchozí modely představené již v roce 2016 – na stránkách časopisu DPS Elektronika od A do Z jsme na téma pěti písmen, pěti milivoltů, ale i 60 kilovoltů psali např. v [2]. Při návrhu nejrůznějších výkonových elektronických systémů lze proto nyní těžit z ještě menších rozměrů, snadnějšího nasazení a také lepších technických parametrů.

Co si ale máme pod označením „izolovaná sonda“ představit? Nástroje tohoto typu předně staví na galvanickém oddělení – optickém nebo také vysokofrekvenčním, takže je možné od sebe vzájemně izolovat vztažné body u sondy a osciloskopu, zpravidla tedy jejich země [3]. Rozdílové signály s vyšším napětím proto v širokém kmitočtovém pásmu nezačnou během přesného měření ohrožovat ani přítomná obrovská souhlasná napětí. Tím se také nová technologie sond IsoVu™ odlišuje od klasických rozdílových systémů měření. Pole působnosti přitom stále roste a zahrnuje kupříkladu návrh spínaných zdrojů napájení, zapojení s výkonovými tranzistory (GaN, SiC), střídače, buzení motorů, zátěže, měření v oblasti BCI, ESD či EMI, práci s bočníky apod.

Obr. 1 Osciloskopy MSO řady čtyři od společnosti Tektronix určené pro práci se smíšenými signály patří k těm, které lze nyní dovybavit sondami IsoVu™ druhé generace (TIVP) s galvanickým oddělením od stejného výrobce. Izolovaný systém na fotografii pracuje v tandemu s 12bitovým přístrojem MSO46 (šířka pásma až 1,5 GHz, šest analogových kanálů, volitelně až 48 číslicových, vzorkovací rychlost 6,25 GS/s a paměť v délce až 62,5 miliónu bodů) [1]

Méně rušení, více detailů

Obr. 2 K principu činnosti nových, výrazně menších sond, které v případě svých tří variant vsadily nejen na čtyři optická vlákna, ale také šířku pásma až 1 GHz, rozdílová napětí do ±2500 V, souhlasná napětí ±60 000 V nebo např. činitel CMRR (DC) až 160 dB [4]

Jak vyplývá z obr. 2, Tektronix ve snaze kompletně od sebe oddělit měřicí systém a zkoumané obvody DUT opět vsadil na optické spoje [4]. IsoVu™ Gen 2 proto počítá se čtyřmi samostatnými lasery, senzorem na trase vedoucí modulovaný analogový signál, čtveřicí optických vláken a také důmyslnými řídicími postupy se zpětnou vazbou. Vstupní blok označený na diagramu jako „Sensor Head“ je tak elektricky zcela izolován a k jeho napájení přitom poslouží jedno z optických vláken. Jakmile tedy sondě umožníme plavat bez ohledu na souhlasné napětí, bude možné díky izolaci výraznou měrou potlačovat související interference.

Obr. 3 Díky vhodnému příslušenství k osciloskopickým sondám IsoVu™ druhé generace pracujete nejen efektivně, ale také s minimem rušení [3]

Bez kompromisů a ještě menší

V případě tradičních rozdílových sond bez izolace bývá zapotřebí volit mezi velkou šířkou pásma a velkými úrovněmi napětí. S rostoucím kmitočtem zde rychle klesá CMRR, což také může na vyšších frekvencích znemožnit smysluplná měření. Chráněná technologie IsoVu™ však díky stíněnému koaxiálnímu kabelu společně s galvanickým oddělením zajistí nejen odpovídající kmitočtový záběr, ale podpoří též rozdílová vstupní napětí až do ±2500 V (taktéž pro offset). Ve své druhé generaci přitom počítá s 200 MHz (model TIVP02), 500 MHz (varianta TIVP05), nebo dokonce až 1 GHz (verze TIVP1). Souhlasná napětí (CM) výrobce definuje v rozmezí ±60 kV, zatímco činitel potlačení CMRR zde činí 160 dB, což odpovídá poměru sto miliónů ku jedné (DC). Na 100 MHz pak stále dosahujeme až 120 dB (1 milión ku jedné) a v případě 1 GHz ještě 80 dB (deset tisíc ku jedné).

Pravda, některé parametry se oproti výchozím sondám nezměnily nebo alespoň ne tolik, což ale rozhodně neplatí o aktuálních fyzických rozměrech, které se při srovnání dostávají na úroveň jedné pětiny. Systém již také nepočítá se samostatnou řídicí „krabičkou“, protože lasery nebo i analogové elektronické obvody se vešly do kompaktní hlavice, resp. konektoru pro připojení k osciloskopu. Další zlepšení vlastností však řešení zaznamenalo v souvislosti s přesností (DC Gain), odezvou či rozsahy. Sonda je citlivější a zatěžuje ji méně šumu, změn také doznala korekce teplotního driftu. S rostoucím dynamickým záběrem vstupního bloku se rovněž pojí menší počet špiček nezbytných k pokrytí stejného napěťového rozsahu jako v případě první generace systému. Optický kabel dosahuje standardně délky dvou metrů. Lze tak pohodlně pracovat na větší vzdálenosti a zároveň přitom těžit z lepší odolnosti vůči rušení (EMI). Pokud jde o cenu, nejnižší model zde startuje na 9 320 eurech, přičemž u 1GHz varianty se již dostáváme na 25 600 euro.

Obr. 4 Mezi podzimní novinky stejného výrobce řadíme též 10GHz osciloskopy MSO řady 6B až s osmi kanály a vstupy FlexChannel™. 12bitový systém zde vzorkuje s rychlostí do 50 GS/s. Představeny byly na našich webových stránkách a podrobněji též i v minulém čísle časopisu [9]

Naslepo se nevyvíjí

Celý systém počítá s řadou příslušenství, ať již standardního, nebo jen doporučovaného. Sondy lze např. rovnou připojit ke konektorům MMCX, které nestojí moc a jsou i běžně dostupné. Můžeme tak vyřešit potřebu stabilního místa při testování, bez nutnosti dodatečného držení nástroje v rukou, to vše v návaznosti na velkou šířku pásma, včetně očekávaného potlačování souhlasných signálů. Pevné kovové tělo zde navíc stíní středový vodič a s ohledem na dosažení nejmenších možných interferencí pomáhá minimalizovat plochu zemní smyčky.

Měřicí systém lze využít s osciloskopy MSO pracujícími se smíšenými signály ve známých řadách čtyři, pět a šest od společnosti Tektronix – ovšem pouze zde (jednotlivé série jsme v pořadí představovali v [5], [6] a [7]). U pětkové řady se rovněž nabízí verze „Low Profile“ k osazení do stojanu (viz např. [8]). Tím vším se ale odlišujeme od modelů TIVH, které již nelze objednávat, nebo např. vysokonapěťové rozdílové sondy THDP0200, kterou výrobce používá ve svých srovnávacích tabulkách, kde již máme zaručenou kompatibilitu se všemi osciloskopy vybavenými konektory TekVPI, tedy včetně řad MSO č. 4, 5 a 6. U zmíněné měřicí techniky je každopádně vyžadována verze softwaru 1.28 nebo vyšší.

Obr. 5 V souvislosti s celosvětovou pandemií v Tektronixu zapracovali také na možnostech svého softwarového vybavení TekScope. Kromě jiného tak bude možné najednou sledovat, a navzdory velkým vzdálenostem i analyzovat signály až na 32 kanálech pocházejících z různých přístrojů [10]

robenek@dps-az.cz