Rohde & Schwarz R&S®RTO1024 - цифровой осциллограф

Обзор преимуществ цифрового осциллографа Rohde & Schwarz R&S®RTO1024

С развитием электроники все большее значение приобретают процессы, которыми раньше можно было пренебречь. Если говорить о микроэлектронной технологии, где достигнуты наибольшие рабочие частоты, то здесь пропорционально размерам элементов проявляются те же эффекты, что и в печатных узлах. Поэтому всегда можно выделить процессы, приводящие к ограничению скоростей переключения и задерживающие наступление инверсных состояний. Одним из них является накопление зарядов в p-n-переходах полупроводниковых приборов при обратном смещении.

Упрощенные модели для анализа схем с полупроводниковыми элементами на высоких частотах использовать нельзя, поскольку они дадут большую погрешность расчетов, особенно во временной области. Следовательно, все значимые процессы должны быть охарактеризованы своими параметрами, которые можно было бы использовать для введения в модель. Для накопления зарядов в p-n-переходе таким параметром является время транзита (ВТ) носителей заряда, характеризующее задержку начала рассасывания заряда. ВТ косвенно характеризует эквивалентную емкость, моделирующую инерционные свойства p-n-перехода из-за задержки начала рассасывания заряда, накопленного барьерной емкостью.

Время транзита для диодов измеряется по схеме, приведенной на рис. 1. Генератор сигналов с малым выходным сопротивлением (порядка 10 Ом) вырабатывает обратный перепад с очень коротким спадом (порядка 1 нс). Диод в обратном смещении подключается к генератору через линию задержки без потерь с волновым сопротивлением 50 Ом и задержкой 1 нс. Параллельно диоду включается резистор сопротивлением 500 Ом. Линия задержки и сопротивление улучшают условия наблюдения ответного импульса и являются дополнительными элементами в измерительной схеме.

Рис. 1. Схема измерений времени транзита носителей заряда
Обратный перепад инициирует в обратно смещенном p-n-переходе процесс рассасывания заряда, накопленного барьерной емкостью. Это вызывает появление кратковременного ответного импульса, показанного на рис. 1. Время транзита равно его запаздыванию относительно начала инициирующего перепада. По осциллограмме сигнала можно оценить длительность релаксационных процессов в p-n-переходе диода.

Для измерений динамических характеристик полупроводниковых диодов, в т.ч. в интегральном исполнении, необходимо использовать очень качественное и точное измерительное оборудование. К осциллографам здесь предъявляются высокие требования по чувствительности, точности временной развертки, скорости нарастания переходной характеристики, поскольку речь идет об измерениях импульсов с длительностью 0,1…10 нс.

Очевидно, что для таких измерений следует использовать современные средства, иначе их результаты нельзя считать достоверными. В частности, импульсный характер исследуемых сигналов не позволяет использовать осциллографы с малой полосой пропускания, поэтому специалисты рекомендуют применять приборы с граничной частотой не менее 1 ГГц. Минимальные характеристики инерционности p-n-переходов требуют использования самых качественных пробников со специальными контактами и минимальной индуктивностью.

Для использования в измерительной схеме на рис. 1 отлично подходит осциллограф R&S®RTO1024, имеющий полосу пропускания 2 ГГц и четыре канала. Он имеет время нарастания переходной характеристики 175 пс и временную погрешность развертки 5 ppm (опционально 0,02 ppm). Минимальная развертка составляет 25 пс/дел, что позволяет четко зафиксировать ответный импульс, сформированный любым p-n-переходом в составе диода, транзистора или микросхемы, выполненной по самой современной технологии. Для p-n-переходов в микроэлектронном исполнении следует использовать предусмотренный в приборе режим высокого разрешения, что позволит улучшить условия обнаружения ответного импульса.

Важной особенностью измерений ВТ является то, что анализируемый сигнал не является периодическим – ответный импульс единичен и может иметь сложную форму с дополнительным наложением колебательного процесса из-за собственных резонансных свойств измерительной схемы. Поэтому ВТ измеряют в режиме однократной развертки. Условие запуска развертки следует выбирать особо тщательно. Осциллограф Rohde & Schwarz  RTO1024 обеспечивает запуск развертки не только по достижению определенного уровня, но и по соответствию амплитудных и временных характеристик входных сигналов заданным требованиям. Это позволяет исключить произвольный запуск развертки при отображении ответного импульса. Повышение точности измерения ВТ осциллографом R&S ® RTO 1024 достигается за счет использования функции маркерных измерений и режима высокого разрешения.

Приведенный пример показывает, что современное метрологическое обеспечение требуется не только при разработке и сервисном обслуживании электронного оборудования, но и при выполнении различных исследований. Экспериментальные данные, которые используются для построения моделей радиоэлементов, всегда должны быть точными; в противном случае сфера использования моделей сильно сужается, и само их построение зачастую становится нецелесообразным.
 

Технические характеристики цифрового осциллографа Rohde & Schwarz R&S®RTO1024