Rádiós eszközök fogyasztásának minimalizálása újfajta mérőegység segítségével
A korszerű oszcilloszkópok szinte minden funkcióval rendelkeznek, amire egy elektronikai fejlesztőmérnöknek szüksége lehet: nagy a sávszélességük, képesek automatikusan dekódolni digitális protokollokat és sokrétű elemző műveleteket tartalmaznak. E műszerek lehetőségeinek határaival azonban IoT-modulok teljesítményfelvételének optimalizálása vagy igen kis szintű jelek mérése során szembesülhet a szakember. Ezekre a problémákra kínál megoldást az R&S®RT-ZVC sokcsatornás teljesítménymérő egység.
A hordozható eszközökkel, IoT-modulokkal és testen viselhető készülékekkel kapcsolatos egyik legfontosabb elvárás, hogy akkumulátoruk élettartama hosszú legyen. A fogyasztás minimalizálása érdekében sok esetben úgy optimalizálják ezeket az eszközöket, hogy a nyugalmi áramfelvételük kicsi legyen, és csak a jellemzően rövid ideig tartó, aktív periódusaikban igényeljenek nagyobb teljesítményt. Mindezek miatt az ilyen eszközök teljes fogyasztásának méréséhez elengedhetetlen a rendkívül széles dinamikatartomány. Sokszor több mérőcsatornára is szükség lehet, mert a bonyolultabb termékek sokféle modult tartalmazhatnak, amelyek eltérő időpontokban lépnek működésbe. Az ilyen jellegű problémák kezelésére fejlesztette ki a Rohde & Schwarz az R&S®RT-ZVC02/04 sokcsatornás teljesítménymérő egységet, amely néhány mikrovolt szintű jelek vizsgálatára is alkalmas.
1. ábra Egy R&S®RTE vagy R&S®RTO sorozatú oszcilloszkóphoz két R&S®RT-ZVC jelű, sokcsatornás teljesítménymérő egység csatlakoztatható, akár 16 további mérőcsatornával kiegészítve a műszer nyújtotta lehetőségeket www.rohde-schwarz.hu
Rendkívül érzékeny, 18 bit felbontású adatgyűjtő rendszer
Az R&S®RT-ZVC02/04 típusú, sokcsatornás mérőegységek (1. és 2. ábra) különösen széles dinamikatartománnyal rendelkező, rendre két vagy négy feszültség- és áramérték vizsgálatára alkalmas adatgyűjtő rendszert tartalmaznak (2. ábra). Egy-egy 18 bites felbontású, 5 MHz mintavételi sebességgel és 1 MHz analóg sávszélességgel rendelkező A/D-átalakító digitalizálja a jeleket mindegyik áram- és feszültségcsatornán. Mindezeknek köszönhetően a rövid áram- és feszültségimpulzusok széles amplitúdótartományon belül, könnyedén befoghatók ezzel az összeállítással. Nagyon gyenge jelek vizsgálata esetén, a jelútba egy változtatható karakterisztikájú, digitális aluláteresztő szűrő is beiktatható a rendszerzaj csökkentése érdekében.
A mérőegység a detektált értékeket digitális logikai illesztőn keresztül küldi át egy R&S®RTE vagy R&S®RTO sorozatú oszcilloszkópba, amely az analóg csatornákhoz időszinkronizáltan jeleníti meg az eredményeket. A műszer szinte összes mérő- és elemzőfunkciója használható az R&S®RT-ZVC csatornáin is. A mérőegységbe beépített indító- (trigger-) fokozat segítségével bármely bemeneti jel lehet triggerforrás.
2. ábra Az R&S®RT-ZVC kétféle, 2 × 2 vagy 2 × 4 csatornás kiépítésben kapható
Belső és külső söntellenállások áramméréshez
Az R&S®RT-ZVC három belső, átkapcsolható söntellenállása segítségével teljes dinamikájú árammérés végezhető 4,5 µA-től 10 A-ig terjedően (3. ábra). A mérőegység szimmetrikus bemenetekkel rendelkezik, amelyek ±15 V-on belül bármilyen potenciálon lehetnek. A söntellenállások teljeskörűen kalibráltak, bizonytalanságuk mindössze 0,2%. A belső söntellenállások mellett külső sönt is alkalmazható, amelyet rögtön a kezdeti méretezéstől fogva körültekintően kell a mérőrendszerhez illeszteni. A külső söntellenállásokat külön célüzemmóddal támogatja a mérőegység, lehetővé téve a mérési tartomány pontosan egy adott alkalmazáshoz történő hozzáállítását. Tovább fokozza ezt a rugalmasságot, hogy többféle erősítési tényező között lehet átkapcsolni.
3. ábra Az R&S®RT-ZVC mérőegység digitális adatgyűjtő rendszere 18 bites felbontással, 5 MHz-es mintavételi sebességgel és 1 MHz-es analóg sávszélességgel rendelkezik. Minden feszültség- és árammérő bemenetpár nagydinamikájú teljesítménymérő fokozatot alkot
4. ábra Egy IoT-modul teljesítményfelvételi profilja jellemzően hosszú ideig tartó, kis fogyasztású nyugalmi időszakokból és rövid, nagy teljesítményfelvétellel jellemezhető szakaszokból áll
Rugalmas csatlakoztatási lehetőségek
A mérőegység készlete minden csatornához jó minőségű, árnyékolt kábelt tartalmaz, forrasztható végű kábeldarabokkal és érintkezőkkel kiegészítve. Igény esetén 4 mm-es csatlakozóval szerelt, különböző hosszúságú, továbbá általános oszcilloszkóp-mérőfejekhez vagy áramérzékelő szondákhoz illeszkedő, BNC-csatlakozóval ellátott kábelek is rendelhetők, lehetővé téve a feszültség- és árammérési tartomány kiterjesztését.
5. ábra Az R&S®RT-ZVC sorozatú mérőegységek igen széles dinamikatartománnyal rendelkeznek, így egy modul áramfelvétele mind az aktív, mind a nyugalmi időszakokban megmérhető velük. A jelen példában ez rendre 12 mA-es és 30 µA-es fogyasztást jelent
Néhány példa az R&S®RT-ZVC mérőegység alkalmazási környezeteiből
- IoT-modulokat tápláló elemek, akkumulátorok élettartamának optimalizálása
Az elektronikus modulok, eszközök tervezése során kritikus minőségi kérdéssé vált a fogyasztás minimalizálása. Különösen az IoT-egységek esetében meghatározóan fontos az elemek, akkumulátorok élettartama, de az orvosi berendezések, fogyasztóelektronikai termékek – például rádiófrekvenciás fejhallgatók –, vagy az épületautomatizálási berendezések – mint például füstérzékelők – viszonylatában is nagy jelentőségű az áramforrások használhatósági ideje. A felsoroltakhoz hasonló áramkörök legtöbbjének működési ciklusát rendkívül kis teljesítményfelvétellel járó, hosszú nyugalmi szakaszok és periodikusan jelentkező, sokszor igen rövid ideig tartó, közepes vagy nagy teljesítményt igénylő, aktív időszakok jellemzik. (4. ábra). Az ilyen jellegű eszközök átlagos összfogyasztásának minimalizálása érdekében mind a nyugalmi, mind az aktív periódusokban mérni kell a teljesítményfelvételt. Erre a célra alkalmazható az R&S®RT-ZVC jelű, sokcsatornás teljesítménymérő egység, amely igen széles dinamikával rendelkezik finom függőleges felbontásának és igény szerint beiktatható aluláteresztő szűrőjének köszönhetően. A korszerű oszcilloszkópok sokrétű mérési funkcióit is kihasználva számos különféle elemzés végezhető velük. Az ily módon elvégezhető vizsgálatok között a leggyakoribb az átlagos teljesítményfelvétel mérése a nyugalmi periódusokban, valamint a teljes fogyasztás mérése az aktív időszakokban (5. ábra). Ezen információk birtokában könnyen meghatározható az elemek, akkumulátorok várható élettartama. - Több mérési pont egyidejű vizsgálata
Az összetett, hordozható eszközök, például mobiltelefonok vagy táblagépek fogyasztása tovább mérsékelhető, ha a nem használt részegységeiket átmenetileg leválasztjuk a tápsínről és csak szükség esetén kapcsoljuk vissza. Minden R&S®RTE és R&S®RTO sorozatú oszcilloszkóphoz két R&S®RT-ZVC jelű mérőegység csatlakoztatható, így egyidejűleg akár nyolc ponton is mérhető feszültség, illetve áram. Az oszcilloszkóp normál csatornái ettől függetlenül szabadon használhatók, például vezérlőjelek vizsgálatára. Egy összetett rendszer egyes moduljainak teljesítményfelvétele ily módon vezérlőjelekhez, illetve soros vezérlő protokollokhoz időzítetten vizsgálható. - Igen alacsony szintű jelek mérése
Amikor a mérőegységhez külső söntellenállást használunk, az áramérzékelő bemenet különösen érzékeny feszültségmérőként viselkedik. Ebben a működési módban érhető el a legnagyobb érzékenység, ami a bemeneti feszültségszint vonatkozásában ±45 mV-os teljes kivezérlési tartományt jelent, 18 bites felbontással. Ennek köszönhetően válik lehetségessé az olyan gyenge jelek kis zajú, nagy érzékenységű vizsgálata, mint például egy EKG-impulzussorozat, amelynek csúcstól csúcsig vett szintje mindössze n × 100 µV nagyságrendű. A mérőegység kis zajszint mellett, könnyedén befogja ezt a hullámalakot (6. ábra).
6. ábra Külső söntellenállás használata esetén a mérőegység áramérzékelő bemenete rendkívül érzékeny feszültségmérőként működik. Ennek eredményeképpen nagyon kis amplitúdójú jelek, például 200 µV-os EKG-impulzusok is könnyedén megmérhetők
Összefoglalás
Az R&S®RT-ZVC jelű, sokcsatornás teljesítménymérő egység az R&S®RTE és R&S®RTO sorozatú oszcilloszkópokkal használható együtt, de létezik olyan típusváltozata is, amely az R&S®CMW500 típusú protokolltesztelőhöz csatlakoztatható. Ez utóbbi esetben rádiós adatátviteli protokollok és IoT-eszközökön futó alkalmazási szoftverek működése közötti összefüggések vizsgálhatók.
A fejlesztők így ugyanazt a teljesítménymérő egységet használhatják mind a beágyazott áramköreik tervezése közben, oszcilloszkópos mérésekhez, mind pedig ezt követően, a rendszereik fogyasztásának elemzése és optimalizálása során, IoT-rendszeralkalmazásaik tökéletesítéséhez.
Szerző: Dr Markus Herdin – Rohde & Schwarz
Rohde & Schwarz Budapesti Iroda
1138 Budapest, Madarász Viktor u. 47-49.
Tel.: +36 1 412 4460
E-mail:
Még több Rohde & Schwarz
