R&S示波器快速有效进行频率响应分析

RTx-K36系列结合R&S示波器快速有效进行频率响应分析

使用示波器作为主要的电子测量工具。如今，随着技术的进步，示波器已不仅仅是一个只看电压或电流波形的仪器，它们的功能已大大提升，成为电子测试的"多面手"。现在，市面上一些技术优越的示波器厂商，为示波器配备频率响应分析(波特图)的功能，使示波器成为了频响分析仪。
 

一、频率响应分析
分析器件的频率响应特性时，针对高频信号一般采用矢量网络分析仪（VNA），针对低频信号一般采用频响分析仪（或动态信号分析仪、音频分析仪）（FRA）。矢量网络分析仪适用于分析高频无源或有源器件，如：滤波器、放大器、混频器或多端口模块等。但是，低频器件设计人员要求较低的起始频率，有时甚至需要低至几Hz。而传统矢量网络分析仪的起始频率通常处于kHz范围内，这对测试低频器件的频率响应特性，提出了大的挑战。这样，分析低频器件的频率响应特性时，常用频响分析仪来测试低频器件的频率特性。而且，矢量网络分析仪和动态信号分析仪一般成本很高，操作也麻烦，很多用户往往不能承受。
具有示波器频率响应分析功能的厂商，把此功能一般嵌入到中上等示波器中，或者通过计算机接口和相应软件传送到PC机中、通过软件算法实现此功能。以上这些做法，要不示波器的成本高，要不就是使用麻烦。
德国罗德与施瓦茨推出的RTx-K36系列频率响应分析选件，用在了其性价比极高的RTB2002示波器上，70MHz带宽/2通道RTB2002入门级示波器再加上内置RTB-K36频率响应分析选件，可测量低至10Hz的频率响应，且价格仅为市场上其它公司产品的一半左右，市面价格不到2万元人民币。

二、电源设计和验证
电源设计中的反馈环路设计决定着产品的质量，而频率响应分析是设计闭环电路中必不可少的测试环节。控制环路响应分析（波特图）和电源抑制比(PSRR)测量提供关键测量，确保实现稳定的低噪声电源设计。虽然使用矢量网络分析仪或专用频响分析仪可实现这种分析，但这些仪器要求大量的设置时间和很长的学习周期。
示波器是电源测试和表征的*重要测量工具，配置频率响应分析功能的示波器，除以往测量电源的纹波、幅度、频率等电源特征外，还可表征电源的频率响应特性：控制环路响应(波特图)和电源抑制比(PSRR)，可以更好进行电源设计和验证。配置频率响应分析功能的示波器，可以取得被测设备（DUT）的频率响应分析特性曲线图（波特图），进行产品电路和器件性能的验证和分析,例如：电路设计反馈、滤波器/放大器/谐振电路设计、电缆频率响应和信号转变的效能。
1、电源环路稳定性评价：控制环路响应（波特图）绘制闭环电路的频率和相位响应，自动计算增益和相位裕度
电源控制环路的稳定性对于评估电源性能至关重要,控制环路不稳定，会导致振动和效率下降。R&S示波器内置RTx-K36频率响应分析选件后，通过波特图和增益/相位裕度测量，设计人员可以确定电源控制环路的稳定性；滤波器设计人员还使用幅度和相位示图测试滤波器性能。自动控制环路响应测量使用示波器内置的扫频信号源，在扫描指定频率范围内激励DUT，并绘制每个点上的幅度和相位图。扫频信号使用J2100A等注入变压器引入到控制环路中，在示波器屏幕上得到的增益和相位图(波特图)，用来自动计算增益和相位裕度；应用示波器的光标可查看曲线中任意频率上的增益和相位值。
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2、分析DC/DC转换器的纹波抑制功能：电源抑制比(PSRR)
电源抑制比描述输出信号受电源影响的量，PSRR越大，输出信号受到电源影响越小。通过电源抑制比测量，DC-DC转换器和稳压器设计人员可以量化器件在规定频率范围内衰减AC的能力。使用示波器内置的扫频信号源和J2120A等线性注入变压器，来调制稳压器输入，R&S示波器内置RTx-K36频率响应分析选件后自动测量被调制的输入和输出上的AC电压。在使用下述公式计算扫描的频带内每个频率上的电源抑制比：PSRR=20Lg(纹波Vin/纹波Vout)，并用示图表示结果。
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三、RTx-K36系列频率响应分析（波特图）：自动执行控制环路响应测量的示波器
执行控制环路频率响应或电源抑制比(PSRR)测量，或进行无源器件特征表征时，使用矢量网络分析仪通常无法涵盖9kHz以下的频率范围，或使用独立频响分析仪的成本过高而超出预算。RTx-K36系列频率响应分析（波特图）选件扩展了RTB2002、RTB2004、RTM3002、RTM3004、RTA4004系列示波器的应用范围，解决了以上系列示波器在执行控制环路响应等频率响应测量时较大的局限性。
配备RTx-K36选件后，示波器可显示波特图，可同时显示相对频率的相位和增益变化，是一款快捷进行低频频率响应分析的经济型方案。执行控制环路响应或电源抑制比(PSRR)测量，或进行无源器件特征表征时，使用矢量网络分析仪通常无法涵盖9kHz以下的频率范围，或成本过高而超出预算。RTx-K36系列频率响应分析（波特图）选件配置相应示波器，且价格合理，可代替低频网络分析仪或专用的独立式频响分析仪。
RTx-K36是一款进行频响分析的软件选件系列，它们用于RTB2002、RTB2004、RTM3002、RTM3004和RTA4004系列示波器，可在购买了以上系列示波器后通过密钥在用户现场随时随地安装。内置示波器中，用来测量从10Hz到25MHz频率范围内的有源和无源DUT的增益和相位传递函数。以上系列示波器内部集成任意波形发生器，以提供频响分析的激励信号；这样把增益和相位与频率的关系绘制为波特图。R&S?RTx-K36特别适用于开关电源，用于测量和调整控制环路频率响应和电源抑制比（PSRR），其中幅度增益和相位裕度直接从波特图中读取。
RTx-K36系列频率响应分析（波特图）关键指标：FRA频率范围：10Hz～25MHz；每10倍频测试点数量：10～500点；动态范围：典型值>70dB。这样频率越高，测试点的数量越多，用户就可以测试更大范围的产品，并取得更高分辨率的FRA测试结果。

此外，RTB2002、RTB2004、RTM3002、RTM3004和RTA4004系列示波器具备10位ADC垂直分辨率、低噪声和内置25MHz信号源等特点，在执行传统的时域测量基础上，支持广泛的通用测量，借助此款RTx-K36波特图应用选件执行增益和相位频率响应分析，完全满足此类测量任务的高动态范围要求。虽然示波器的动态范围和精度与低频网络分析仪（动态信号分析仪）相比不够出众，但实际上也是够用的：配置RTx-K36选件后的示波器，在低噪声直流输出上表征线性电源时，测得的增益和相位测量结果非常接近于网络分析仪。