電子產品設計越形復雜、測試項目有增無減,促使身為基礎量測的示波器 (Oscilloscope),功能亦須與時俱進。有 85 年歷史,在無線通信量測和廣播發射系統占有關鍵地位的羅德史瓦茲 (Rohde & Schwarz, R&S),提醒電磁干擾 (EMI)/電磁兼容性 (EMC) 可能也是電源供應異常的元兇。資深應用支持工程師陳立凱指出,EMI 來源有傳導 (Conducted) 和幅射 (Radiated) 兩種。眾所周知,輻射 EMI 訊號會經由天線或電線、以電磁波形式窒礙電子設備運作或通訊質量;另一方面,傳導 EMI 也會對等效電路的過電壓、過電流保護機制造成干擾。
當交流電 (AC) 轉成直流電 (DC) 時,「線阻抗穩定網絡」(LISN) 須將附著于電源的雜波濾除后再為電子產品供電。陳立凱說明,為確保網絡匹配的頻率和法規,量測時除了觀察波形,還須進一步透過頻譜分析儀抓出干擾源并進行除錯;可惜傳統示波器只能看到「時域」變動,無法查覺是否有其他影響阻抗、電容的可疑份子,導致計量電路估算有出入,危及電源系統安全。這也是為何有些制造商在產品出問題時,第一時間會先追溯問題根源是由硬件電路布局設計或 EMI 肇禍,才能對癥下藥;車載充電裝置尤其容易受到 EMI 從中攪局。
照片人物:(左起) 益登技術經理黃國源、臺灣羅德史瓦茲通路商管理事業群 T&M 項目經理楊凱能、臺灣羅德史瓦茲資深應用支持工程師陳立凱
兼具頻譜分析功能,實時掌握多面向信息
新一代示波器試圖運用快速傅立葉變換 (FFT) 或頻譜分析軟件,協助厘清責任。不過陳立凱認為,單靠 FFT 演算恐會失真且不夠直觀,因此 R&S 推出兼具頻譜分析功能、可在 Win7 環境運行的 RTE/RTO 數字示波器,「實時」同步呈現波形、時間、電流、功率和 EMI 等多面向信息,最高支持四信道/四種頻譜量測,只要一個按鍵即可得到八組測試結果。其特點有三:1.儀器中所有組件皆自行開發,模擬前端 (AFE) 擷取精確;2.開啟 FFT 和 EMI 加值功能,能測量高速 RF 總諧波失真 (THD) 和時頻圖 (Spectrogram);3.支持邏輯分析儀 (LA) 接口協議譯碼。
陳立凱表示,通常硬件工程師對頻譜不一定熟悉,借助上述數字示波器可精準找出頻率峰值 (peak),一旦頻率點超過法規限制,就能轉交研發人員據以除錯。以最為擁擠的 2.4 GHz 頻段為例,同業多只用掃頻偵測,R&S 卻是藉由打出兩個不同訊號、精細捕捉瞬態變化。他并透露,模擬/數字數據轉換過程會有耗損,一般示波器的分辨率實際效能都得「打折」,例如,號稱 8 位分辨率,能做到 7.2 位的精確度已堪稱技術高超;而 R&S 數字示波器具備每秒百萬次起跳的波形擷取率 (acquisition rate) 及 16 位分辨率,深獲學術單位和電源大廠青睞。
圖1:經濟型 RTE 數字示波器,RTE 1000 系列最高支持2GHz 帶寬
數據源:R&S 網站
獲八成 EMI / EMC 認證實驗室采用
經濟型 RTE 數字示波器目前提供 200 MHz~2 GHz 帶寬選擇,允許同時利用所有通道的全部帶寬,靈敏度可達 500 µV/div 的精度要求,適合低振幅訊號特性測試。不須依靠軟件縮放,即可顯示真實采樣點;訊號路徑的數字觸發系統,即使是極微小的訊號細節,亦可實時觸發。多樣化測試功能與豐富觸發選項,將快速量測、屏蔽測試、頻譜分析、歷史模式和 77 種自動化量測功能集于一身,可持續追蹤重要訊號事件;并可升級選配,執行特定應用的復雜測試任務,例如:串行總線測試的觸發與譯碼選配或電源分析。
高階 RTO 機型的頻寛是 600 MHz~4 GHz,并持續往 6GHz 和 8GHz 發展;全帶寬均為 1 mV /div,每秒可量測并分析百萬個波形。R&S 通路商管理事業群 T&M 項目經理楊凱能介紹,EMI / EMC 量測向來是該公司強項,不論在安規、頻譜和效能都是實驗室等級,在認證實驗室囊括八成市占率,可為制造商正式送驗前的 Pre- test,或不幸驗證失敗、急欲問診癥結指引明路。他概估,若是租借實驗室做 EMI 屏蔽 (shielding) 測試,每小時租金至少需花費新臺幣數千元;有些不便移動的待測物若要申請外測,一年費用動輒上看千萬!
圖2:R&S 高階 RTO 數字示波器,能檢測≦50ps (皮秒) 的脈寬
數據源:R&S 網站
益登科技在量測領域的「唯一」合作伙伴
楊凱能剖析,這還只是有形成本,沒把來回折騰的寶貴時間算進去!撥撥算盤,不如自購儀器量測要劃算許多;至少可降低外測次數、提高正式送驗的合格率。R&S 擁有自己的學習中心以及經過全國認證基金會 (TAF) 認可的實驗室,從售前顧問咨詢到售后教育訓練服務完善,臺灣羅德史瓦茲亦是擁有二十年產業經驗之專業組件代理商——益登科技,踏入量測領域的「唯一」合作伙伴。
益登技術經理黃國源補充,雙方于 2013 年簽約,開始在臺灣代理銷售 R&S 經濟型量測產品,冀藉此從電子零組件通路商,晉身為「一次購足」的完整解決方案供應者。特別一提的是,益登在技術支持投注相當多心力,工程與業務的人員比例逼近 1:1,對于襄助客戶產品開發、效能測試和偵錯工作,有更大的能量余裕與綜效。