パワーレールプローブ アクセサリーによる波形測定の影響

プローブの違いにより、スイッチングレギュレーターのリップル電圧の測定結果に大きな違いが出ることを、以前の記事「その測定正しい？　本当のリップル電圧は1/3だった」で確認し、パワーレールプローブの測定を推奨させて頂きました。

今回は、パワーレールプローブで使用できる次の２つのアクセサリーで、どの程度リップルの測定結果に違いが出るか比較してみます。

　　① 基板型フレックスチップ
　　②  MMCX (Micro Miniature Coaxial ) コネクター

評価環境

今回も、アナログ・デバイセズ社の42V耐圧 同期整流型MOSFET内蔵 降圧DCDCである、LT8609Sの評価基板を使って測定しました。

評価ボード設定

オリジナルの評価ボードからの変更点は、フィードバック抵抗R5を182KΩ→300KΩにして、出力電圧を3.3Vに設定しました。
評価条件　：　入力電圧12V、　出力電圧3.3V、　負荷電流2A、　スイッチング周波数2MHz設定

アクセサリーを比較したリップル電圧の測定結果

今回は、パワーレールプローブのアクセサリーを2つ用意して、スイッチングレギュレーターのリップル電圧を測定した結果を比較しました（図２）。

Tektronix フレックスチップ（基板型）使用
図２の左側の波形です。peak to peak が約14mVが観測されました。

MMCXコネクター（Wurth Elektoronik 66012002111503)使用
図２の右側の波形です。peak to peak が約7mVが観測されました。

この結果から、フレックスチップを使った場合リップルが2倍の大きさになっていることが分かります。

図２：リップル電圧の測定結果

フレックスチップの銅線長を変えてみる

MMCXコネクターと比較して、フレックスチップが2倍のリップルになっている理由は、フレックスチップの銅配線10mmの影響と推測し、銅配線のインピーダンスの影響の可能性を確認してみることにしました。　ここでは、銅配線を2mmにすることでMMCXコネクター使用時とどこまで測定結果が近くなるか検証してみました。

結果は、図３の通りで銅配線を2mmにすることで8mVp-pまで改善し、ほぼMMCXコネクターと同等の結果となりました。

最後に

フレックスチップ使用（銅線 10mm）時は、出力電圧リップルが14mVp-pに対して、MMCXコネクター使用時は7mVp-pと約半分の出力電圧リップル波形であることが確認できました。

フレックスチップの銅配線を10mm→2mmに短くすることで、8mVp-pとMMCXコネクター使用時とほぼ同等の測定結果が得られました。

数mVと微小な電圧変化を正しく測定する必要があるときは、使用するアクセサリー先端のインピーダンスの影響について配慮して使用することが望ましいことが今回の実験からわかりました。

MMCXは、測定結果も良かったですし、接続のパターン・スルーホールを用意しておくと取り付けがしやすいのでお勧めです。今回は、評価ボードのためパターンが無いためコネクターを加工して出力コンデンサーに直接接続をおこないました。部品に直接接続する場合は、SMA-MMCXケーブルのたわみなどで結構力がかかるため、接続先部品にダメージを与えやすいので注意が必要です。

フレックスチップ銅線の場合、10mmを使用すると接続は楽ですが、インピーダンスが高いため測定結果に誤差が大きくなることが実験結果でわかりました。測定結果を求めるには、2mmの銅線に加工して接続する必要があります。その場合、銅線がかなり短いので取り付けるまでが結構大変でした。2mmにカットするのも難しく、短い銅線のはんだ付けも結構苦労しました。

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