logotypen
 
 

IN FOCUS

Suojaa datasi kunnolla

SSD-levyt tarjoavat luontaisesti korkean luotettavuuden kaikentyyppisiin sovelluksiin, aina aloitustason kuluttajalaitteista kriittisiin järjestelmiin. Asianmukaiset tietosuojamekanismit voivat maksimoida levyn käyttöiän toteuttamalla ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä tarpeen mukaan, kertoo Silicon Motion artikkelissaan.

Lue lisää...

Teholähde on jokaisen sähkölaitteen olennainen osa. Laitteiden monimutkaistumisen myötä, elektroniikasta on tullut yhä herkempää, mikä tarkoittaa korkeampia vaatimuksia teholähteen suunnitteluun ja testaukseen. Yksi tärkeimmistä testeistä on teholähteen säätöpiirin stabiilisuuden varmistaminen.

Perinteisesti säätöpiirin stabiilisuutta on tarkasteltu askelvasteen avulla, minkä perusteella on voitu päätellä, onko säätöpiiri stabiili ja riittävän nopea. Kyseinen menetelmä on ollut teknisesti vaativa ja edellyttänyt vankkaa perehtyneisyyttä aiheeseen. Pelkän askelvasteen havainnoinnin perusteella on vaikea arvioida, parantavatko muutokset virtalähteen suunnittelussa säätöpiirin suorituskykyä.

Säätöpiirin stabiilisuus riippuu myös teholähteen toimintatilasta. Säätöpiiri saattaa olla stabiili kovassa kuormituksessa, mutta muuttua lähes epästabiiliksi matalassa kuormituksessa. Tästä johtuen eri toimintatilojen verifiointi on oleellinen osa virtalähteiden mittauksissa.

Säätöpiirejä on tutkittu jo vuosikymmeniä. Luotettava menetelmä stabiilisuuden todentamiseksi on suljetun silmukan taajuus- ja vaihevasteen mittaus (CLR), jota kuvataan alla olevassa Bode-diagrammissa. Aikaisemmin suljetun silmukan taajuus- ja vaihevasteen mittaukseen tarvittiin erillinen laite, kuten vektoripiirianalysaattori. Käytön esteeksi muodostui usein laitteen hinta ja testi- set-upin monimutkaisuus. Nykyaikaisissa oskilloskoopeissa on signaaligeneraattori ja tehokas signaalin prosessointikyvykkyys. Näiden ansiosta on mahdollista suorittaa virtalähteen suljetun silmukan taajuus- ja vaihevasteen mittaus automatisoidusti samalla oskilloskoopilla, jota tuotekehitysinsinööri käyttää päivittäisissä muissa teholähteiden mittauksissa.

Bode-diagrammitoiminto on saatavana nykyaikaiseen oskilloskooppiin ohjelmisto-optiona. Se on kustannustehokas vaihtoehto laitehankintoja suunniteltaessa.

BODE-DIAGRAMMISTA

Boden diagrammi sisältää kaksi logaritmiselle taajuusasteikolle piirrettyä kuvaajaa, joita kutsutaan vaihe- ja amplitudivasteeksi. Vaihevasteen avulla on mahdollista selvittää järjestelmän tulo- ja lähtösuureen välinen viive. Vaihe-siirto ilmaistaan yleensä asteina tai radiaaneina. Amplitudivaste ilmaisee systeemissä tapahtuvaa vahvistusta taajuuden funktiona, ja se on esitetty yleensä desibeleinä. Kuvassa 1 on esimerkki Boden diagrammin vaihe- ja amplitudivasteesta.

Kuva 1. Säätöpiirin vahvistuksen mittaus.

Amplitudi- ja vaihevasteen avulla on mahdollista mitata, onko säätöpiiri stabiili vai epästabiili ja kuinka suuri on vahvistus- ja vaihemarginaali.

Vaihevasteesta on mahdollista nähdä jakotaajuus, jolla vaihe saavuttaa -180 asteen vaihesiirron. Kyseisen taajuuden kohdalta voidaan amplitudivasteen kuvaajalta katsoa taajuutta vastaava vahvistus.
Jos vahvistus on 0dB, järjestelmä on epästabiili. Jos vahvistus on pienempi kuin 0dB, järjestelmä on stabiili. Vahvistusmarginaali on 0dB:n ja -180 asteen vaihesiirtoa vastaavan vahvistuksen arvon välinen erotus. Vahvistusmarginaali ilmoittaa, kuinka paljon piirin vahvistusta on mahdollista lisätä ennen kuin suljetusta systeemistä tulee epästabiili.

Toinen samankaltainen stabiiliuden mitta on vaihemarginaali. Amplitudivaste osoittaa taajuuden, jossa vahvistuksen arvo on 0dB. Tutkimalla vaihevastetta kyseisen taajuuden kohdalla on mahdollista selvittää taajuudella tapahtuva vaihesiirto. Systeemi on stabiili, jos vaihesiirto on suurempi kuin -180 astetta. Muussa tapauksessa systeemi on epästabiili. Vaihemarginaali on 0dB:ä vastaavan vaiheen arvon ja -180 asteen välinen erotus. Vaihemarginaali kertoo, kuinka paljon avoimen piirin vaihesiirtoa on mahdollista lisätä ennen kuin suljetusta systeemistä tulee epästabiili.

Oskilloskoopissa Bode-diagrammimittaus on toteutettu sisäänrakennetun generaattorin ja kahden analogisen mittauskanavan avulla. Generaattorilla aikaansaatu signaali syötetään säätöpiiriin ja sisään tulevaa ja lähtevää signaalia mitataan oskilloskoopin kahdella kanavalla

Säätöpiirin mittaustulos sisältää tiedon signaalin vahvistuksesta ja vaiheesta. Oskilloskooppi pyyhkäisee automaattisesti koko asetetun taajuusalueen läpi ja näyttää amplitudi- ja vaihevasteet laitteen näytöllä.

Tässä artikkelissa kuvataan tärkeimmät asiat, jotka tulee ottaa huomioon tehtäessä tarkkoja Boden diagrammimittauksia hakkurivirtalähteiden säätöpiirin stabiiliutta tarkasteltaessa.

A) KYTKENTÄPISTEEN VALINTA

Säätöpiirin vastetta mitattaessa silmukkaa on muokattava sopi-vasta kohdasta siten, että oskilloskoopin generaattorista tuleva signaali voidaan syöttää sisään silmukkaan. Yksinkertaisin tapa toteuttaa tämä on lisätä pieniresistanssinen vastus säätöpiiriin varmistamaan kytkentäpiste ja silmukan normaali toiminta. Oskilloskoopin signaaligeneraattorista tuleva signaali syötetään säätöpiiriin vastuksen kautta ja samaan aikaan sisään tulevaa signaalia ja säätöpiirin vastetta mitataan virtalähteen ulostulosta oskilloskoopin analogisten kanavien avulla. Säätöpiiriin lisättävän vastuksen sijainnilla on tärkeä merkitys säätöpiirin impedanssin kannalta. Alla kuvassa 2 on esitetty tyypillinen vastuksen kytkentäpiste hakkurivitalähteen säätöpiirissä.

Kuva 2. Kytkentäpisteen valinta.

B) EROTUSMUUNTAJA

Erotusmuuntaja kytketään oskilloskoopin sisäisen signaaligeneraattorin ja hakkurivirta-lähteen säätöpiirin väliin, jotta signaaligeneraattorin matalatasoinen signaali voidaan kytkeä säätöpiiriin. Tässä mittausmetodissa on erittäin tärkeää, että erotusmuuntaja ei vaikuta säätöpiirin normaaliin toimintaan. Erotusmuuntajan tehtävänä on erottaa oskilloskoopin signaaligeneraattori galvaanisesti mitattavasta piiristä ja tämän lisäksi sen taajuusvasteen on oltava mahdollisimman tasainen koko taajuusalueen yli. Erotus-muuntajaa valittaessa on otettava huomioon muun muassa muuntajan sydämen permeabiliteetti ja ensiö- ja toisiokäämien välinen hajakapasitanssi.

C) AMPLITUDIPROFIILI

Säätöpiiri on toiminnaltaan luonnostaan erittäin herkkä ja sen perustehtävä on säätää virtalähteen toimintaa siten, että mahdollinen epävakaa toiminta virtalähteen ulostulossa on minimoitu. Syötettäessä ulkopuolista signaalia säätöpiiriin on erittäin tärkeää huomioida sen amplitudi. Käytännössä seuraavat säännöt on hyvä ottaa huomioon:

  • Ulkoisen signaalin amplitudin on oltava riittävän matalatasoinen, jotta voidaan estää säätöpiirin aktiivisten komponenttien yliohjautuminen.
  • Ulkoisen signaalin amplitudi on oltava kohinatason yläpuolella, jotta voidaan varmistaa mittaustulosten tarkkuus.

Säätöpiirin vahvistus vaihtelee taajuuden funktiona, joten syötettävän signaalin taso on optimoitava taajuuskohtaisesti. Tämän vuoksi oskilloskoopin Boden diagrammitoiminnossa on myös automatisoitu amplitudiprofiili, joka on esitelty tarkemmin kuvassa 3.

Kuva 3: Syötettävän signaalin amplitudiprofiili (taulukossa sinisellä pohjalla) ja Boden diagrammi (oskilloskoopin näytöllä punainen ja sininen mittauskäyrä).

D) MITTAPÄÄ

Onnistunut mittaus oskilloskoopilla edellyttää oikeantyyppisen mittapään käyttöä. Eri mittapäät eroavat toisistaan mm. jännitekeston, vaimennuskertoimen ja kaistanleveyden osalta. Sovelluksesta riippuu, mikä parametri on kulloinkin tärkeä.

Oskilloskoopin mukana toimitetaan tyypillisesti passiiviset mittapäät, joiden vaimennuskerroin on 10:1 ja kaistanleveys 500 MHz:n luokkaa. Kyseisen mittapään kaistanleveys on riittävä säätöpiirin mittaukseen, mutta sen vaimennuskerroin on tässä tapauksessa ongelmallinen.

Säätöpiirin vastetta mitattaessa mittapään herkkyys ja matalakohinainen mittaus ovat tärkeitä ominaisuuksia. Tästä syystä 1:1-mittapäät ovat paras vaihtoehto, erityisesti koska useimmiten mitattavat jännitteet ovat matalatasoisia ja vaadittava kaistanleveys on vain muutaman megahertsin luokkaa.

Mitattaessa virtalähteitä, joiden lähtöjännite on korkea, on suositeltavaa käyttää suurjännite-passiivimittapäätä tai suurjännite-differentiaalimittapäätä sovelluksesta riippuen.

E) STABIILISUUSMITTAUKSET KAIKISSA OLOSUHTEISSA

Muutokset hakkurivirtalähteiden syöttöjännitteissä, kuormassa ja lämpötilassa saattavat joissakin tapauksissa heikentää merkittävästi vaihemarginaalia. Tällainen tilanne saattaa syntyä esimerkiksi silloin, kun virtalähteen kuormitus on matala, jolloin virtalähteet tyypillisesti menevät DCM-moodiin ja säätöpiiri käyttäytyy eri tavalla normaaliin toimintatilaan verrattuna. Jos halutaan varmistaa, että virtalähde on kaikissa olosuhteissa stabiili, on suositeltavaa tehdä Boden diagrammimittaus kaikissa toimintatiloissa.

YHTEENVETO

Nykyaikaisesta oskilloskoopista on tullut mittalaite, josta löytyy toiminto monenlaisiin mittaushaasteisiin. Boden diagrammitoiminnon ja sisäänrakennetun signaaligeneraattorin avulla on mahdollista tehdä virtalähteiden stabiilisuusmittauksia ilman erillisten mittalaitteiden käyttöä. Tämä on tilaa säästävä ja kustannustehokas ratkaisu virtalähteiden mittauksiin.

Lisätietoa säätöpiirin analysoinnista löytyy osoitteesta www.rohde-schwarz.com/solutions/cla.

Artikkelin on koostanut Rohde & Schwarz Finlandin Pasi Suhonen. Se perustuu Markus Herdinin ja Marcus Sonstin kirjoittamaan artikkeliin “A Brief HowTo: Analyzing control loop stability with Bode plots using modern oscilloscopes”. Molemmat työskentelevät Rohde & Schwarzilla. Artikkelin voi lukea uudesta ETN-digilehdestä.

MORE NEWS

Tesla kiertää työsaartoa Ruotsissa suomalaisyrityksen kautta

Tesla on ajautunut erikoiseen selkkaukseen Ruotsin ay-liikkeen kanssa, ja yhtiö on nyt ryhtynyt kiertämään työtaistelutoimia suomalaislähtöisen yrityksen avulla. Kyseessä on ahvenanmaalainen ACS-konserni (Automation & Charger Solar), joka on aloittanut Teslan superlatureiden asennukset Ruotsissa kesken laajaa ay-liikkeen tukemaa saartoa.

Tehoelektroniikan PCIM oli suurempi kuin koskaan aikaisemmin

Nürnbergissä tällä viikolla järjestetty PCIM Expo & Conference 2025 ylitti odotukset niin laajuudeltaan kuin sisällöltään. Tapahtuma kasvoi tänä vuonna kuuteen näyttelyhalliin ja kattoi yhteensä 41 500 neliömetriä – enemmän kuin koskaan aiemmin. Näyttely houkutteli paikalle 685 näytteilleasettajaa ja noin 16 500 kävijää eri puolilta maailmaa.

Tuki uudelle USB4:lle laajenee

Testaus- ja simulaatiojärjestelmistään tunnettu Keysight Technologies on julkaissut päivitetyn version System Designer for USB -työkalustaan. Uusin versio tukee nyt USB4 v2-standardia, mikä mahdollistaa uusimpien USB-teknologioiden hyödyntämisen jo suunnitteluvaiheessa.

Python jyrää: Suosio ennätyslukemissa

Python ei ole vain suosituin ohjelmointikieli maailmassa – se on nyt suositumpi kuin yksikään kieli yli 20 vuoteen. Samalla kieli kehittyy entisestään, sillä toukokuussa julkaistu Python 3.14 -beta tuo mukanaan nipun merkittäviä uudistuksia, jotka tekevät kielen käytöstä entistäkin miellyttävämpää ja tehokkaampaa.

RedCap vie IoT:n todelliseen 5G-aikaan

5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.

Infineon sai vihreää valoa Dresdenin uudelle tehtaalle

Infineon Technologies on saanut Saksan liittovaltion talousministeriöltä lopullisen rahoituspäätöksen uuden, huipputeknologiaan keskittyvän puolijohdetehtaan rakentamiseksi Dresdeniin. Yritys investoi Smart Power Fab -nimiseen tuotantolaitokseen yli viisi miljardia euroa omia varojaan. Hanke tuo arviolta 1000 uutta työpaikkaa alueelle.

Nokian uusi kuituratkaisu korvaa kuparikaapelit

Nokia on julkistanut uuden Aurelis Optical LAN -ratkaisunsa, joka tarjoaa yrityksille kehittyneen ja pitkäikäisen vaihtoehdon perinteisille kuparipohjaisille lähiverkoille. Uusi kuitutekniikka vähentää merkittävästi kaapelointia ja energiankulutusta, tarjoten samalla huippunopeaa ja luotettavaa verkkoyhteyttä tulevaisuuden tarpeisiin.

Aurinkosähköä rakennettiin ennätysmäärä viime vuonna

Viime vuonna maailmassa rakennettiin ennätykselliset 597 gigawattia (GW) uutta aurinkosähkökapasiteettia, selviää SolarPower Europen tuoreesta Global Market Outlook for Solar Power 2025–2029 -raportista. Kasvua edellisvuodesta kertyi peräti 33 prosenttia, mikä tekee vuodesta 2024 historian parhaan aurinkosähkön asennusvuoden.

EU saa oman alustan piirien suunnitteluun

Euroopan unioni panostaa vahvasti puolijohteiden kehitykseen ja ottaa uuden askeleen kohti teknologista omavaraisuutta. Belgialaisen tutkimuskeskus Imecin johdolla käynnistyy European Chips Design Platform -niminen hanke, jonka tavoitteena on luoda yhteiseurooppalainen alusta integroitujen piirien suunnitteluun.

Uusi atomikello jätättää sekunnin 100 miljoonassa vuodessa

Yhdysvaltain kansallinen standardi- ja teknologiainstituutti (NIST) on ottanut käyttöön uuden sukupolven atomikellon, joka määrittää ajan ennenäkemättömällä tarkkuudella. NIST-F4-nimeä kantava kellojärjestelmä pystyy käymään virheettömästi jopa 100 miljoonan vuoden ajan heittäen enintään sekunnin.

Euroopan komponenttikauppa odottaa vieläkin käännettä kasvuun

Euroopan komponenttien jakelumarkkinoilla ei vieläkään näy merkkejä käänteestä parempaan. DMASS Europen tuoreiden tilastojen mukaan vuoden 2025 ensimmäinen neljännes toi mukanaan tuntuvan 14,3 prosentin laskun koko markkinalle, ja kokonaismyynti jäi 3,92 miljardiin euroon. Erityisesti puolijohteet jatkoivat jyrkkää laskuaan, romahtaen lähes 20 prosenttia 2,37 miljardiin euroon.

Kontronilla erinomainen alkuvuosi

Kontron aloitti vuoden 2025 vahvasti, raportoidessaan merkittävää kasvua kannattavuudessa ja tilauskannassa. Samalla yhtiö laajentaa IoT-tuotevalikoimaansa uudella LTE-yhteyksiä hyödyntävällä teollisuuslaitteella.

Nopeutuvat signaalit vaativat parikaapelilta yhä enemmän

Signaalinsiirron kehitys kiihtyy – kirjaimellisesti. Uusimmat datakeskus- ja verkkosovellukset siirtyvät käyttämään jopa 224 Gbps PAM4 -modulaatiota, jossa jokainen bittikanava kuljettaa neljää jännitetasoa äärimmäisen tiiviissä aikakehyksessä. Tällainen signalointi vaatii kaapeleilta ennen näkemätöntä tarkkuutta.

MEMS-pohjainen tahdistus tulee nyt älypuhelimeen

Piilaaksolainen SiTime tuo markkinoille ensimmäisen mobiilikäyttöön suunnitellun MEMS-kellopiirin, joka haastaa perinteiset kvartsikiteet älypuhelimissa.

Tilaäänikoodekki on hyvä esimerkki uudesta Nokiasta

Maailman ensimmäinen tilaäänipuhelu kuulostaa tieteiselokuvalta – mutta se on todellisuutta. Kesällä 2024 Nokia esitteli uuden Immersive Voice -teknologian avulla toteutetun puhelun, jossa ääni ei vain kuulu, vaan ympäröi kuulijan kuin keskustelukumppani olisi fyysisesti läsnä. Tämän mahdollisti uusi 3GPP-standardiin hyväksytty IVAS-koodekki (Immersive Voice and Audio Services), joka vie mobiiliviestinnän täysin uudelle tasolle.

Tinahiukkaset anodissa vauhdittavat latausta ja kasvattavat energiatiheyttä

Eteläkorealaiset tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen akun anodimateriaalin, joka yhdistää nopean latauksen, suuren energiatiheyden ja pitkän käyttöiän – läpimurto voi mullistaa sähköautojen ja energiavarastojen markkinat.

Kännykkämarkkina kasvoi vain 3 prosenttia alkuvuonna

Älypuhelinmarkkinoiden globaali kasvu jäi vaatimattomaksi vuoden 2025 ensimmäisellä neljänneksellä, kertoo tutkimusyhtiö Counterpoint Research tuoreessa raportissaan. Markkinatulot nousivat vain 3 prosenttia vuoden takaisesta, mikä vastaa kasvua myös toimitusmäärissä.

Uuden polven SiC-tekniikka kutistaa sähköauton invertterin

Infineon esittelee tehoelektroniikan PCIM-messuilla Nürnbergissä uraauurtavan piikarbidikomponentin, joka tehostaa sähköautojen vetojärjestelmiä – pienemmät, kevyemmät ja energiatehokkaammat invertterit ovat askeleen lähempänä.

Nokian privaattiverkko seuraa jatkossa Maerskin rahtilaivoja

Nokia on solminut merkittävän sopimuksen tanskalaisen logistiikkajätti Maerskin kanssa toimittaakseen privaattiverkkoratkaisunsa yhtiön 450 rahtialukseen. Kyseessä on osa Maerskin uutta IoT-alustaa, OneWirelessia, jonka tavoitteena on parantaa reaaliaikaista rahtiseurantaa, toimitusketjun näkyvyyttä ja operatiivista tehokkuutta.

Piinanolanka-akku siirtyy vihdoin tuotantoon

Kalifornialainen vuonna 2008 perustettu Amprius Technologies on valmis siirtymään sarjatuotantoon uudenlaisen akkukenno­tekniikkansa kanssa. Yhtiön "Sicore"-niminen kenno käyttää pii-nanopilareihin perustuvaa anoditeknologiaa ja saavuttaa huipputason energiatiheyden: 450 Wh/kg painon mukaan ja 950 Wh/l tilavuuden mukaan.

RedCap vie IoT:n todelliseen 5G-aikaan

5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.

Lue lisää...

Kovaa käyttöä kestävät koneet voi ostaa palveluna

Kenttätyö vaatii kovia koneita – ja nyt ne saa palveluna. Panasonicin uusi Toughbook Mobile-IT As-A-Service (MaaS) -ratkaisu mullistaa tavan, jolla liikkuvaa työtä tukevat laitteet ja IT-palvelut hankitaan ja hallitaan. Ei enää isoja kertahankintoja, pitkiä IT-projekteja tai laitteiden elinkaaren miettimistä – nyt saat kaiken tarvittavan helposti ja kuukausimaksulla.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
R&S -seminaari: 6G
Oulussa 13.5.2025 (rekisteröidy)
Espoossa 14.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025 (rekisteröidy)
 
R&S -seminaari: Aerospace & Defence Testing
Tampereella 5.6.2025. Tiedustelut asiakaspalvelu@rohde-schwarz.com
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 
 
article