Isoliertes Tastkopfsystem R&S RT-ZISO von Rohde & Schwarz Exakte Doppelpulstests an Leistungstransistoren

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Der Doppelpulstest ist eine wichtige Methode zur Charakterisierung des Schaltverhaltens von Leistungstransistoren. Doch mit zunehmender Schaltgeschwindigkeit kommen Messungen mit herkömmlichen differenziellen Hochspannungstastköpfen an ihre Grenzen. Denn deren unzureichende Gleichtaktunterdrückung beeinträchtigt mit zunehmender Frequenz das Messergebnis. Abhilfe schafft ein speziell dafür entwickeltes Tastkopfsystem von Rohde & Schwarz.

Hersteller von Leistungstransistoren wie MOSFETs, IGBTs oder Wide-Bandgap-Leistungshalbleiterbausteinen prüfen das Schaltverhalten ihrer Bauteile per Doppelpulstest (DPT). Doch mit diesem Verfahren müssen heute auch schnelle Schalttransienten genau messbar sein.

Ausserdem sollten damit dynamische Durchlasswiderstände und Schaltverluste detailliert analysiert werden können. Entscheidend für aussagekräftige Messergebnisse ist jedoch eine gute Gleichtaktunterdrückung (Englisch: common-mode rejection ratio, CMRR).

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Herkömmliche Tastköpfe störanfällig

Mit klassischen Tastkopfmethoden wird es immer schwieriger, die richtige Balance von Messsicherheit, Genauigkeit und Bandbreite zu finden, insbesondere bei Halbleitern mit grosser Bandlücke. So erfährt zum Beispiel der Schaltknoten bei Messungen an der Gate-Source von High-Side-Leistungstransistoren durch den massenbezogenen Transistor eine schnelle Änderung der Gleichtaktspannung mit grosser Flakensteilheit. Herkömmliche differenzielle Hochspannungstastköpfe besitzen nur unzureichende Gleichtaktunterdrückung. Weiterhin verwenden sie nur 4-Millimeter-Bananenmessleitungen und sind daher zu störanfällig. Für solche Messungen benötigen Prüfingenieure eine Testlösung mit guter Gleichtaktunterdrückung bei hohen Frequenzen.

Isolierte Tastköpfe optimieren Gleichtaktunterdrückung

Bei dem speziell für diese Messaufgabe entwickelten Tastkopfsystem R&S RT-ZISO von Rohde & Schwarz (Bild 1) unterdrückt die Isolation den Gleichtaktstrom. So gelangen selbst schnelle Gleichtaktstörungen nicht in den Signalpfad des Messgeräts, sondern verbleiben im Idealfall in der Quelle. Dies minimiert die Beeinflussung des Messsignals und verleiht dem Tastkopf eine exzellente Gleichtaktunterdrückung.

Herkömmliche differenzielle Hochspannungstastköpfe weisen typischerweise ein CMRR von 20 dB bis 25 dB bei bis zu 400 MHz Bandbreite auf. Die Screenshots in Bild 2 zeigen, um wie viel detaillierter eine Messung mit dem R&S RT-ZISO die Ladungseffekte des Transistor-Gates wiedergeben kann. Das isolierte Messsystem unterdrückt die Gleichtaktstörung deutlich besser und macht die tatsächlichen Messwerte sichtbar.

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DPT-Setups mit optimierter Gleichtaktunterdrückung

Für diese gute Gleichtaktunterdrückung darf der Messpfad nur eine minimale Einfügeinduktivität aufweisen. Sind für einen DTP-Messaufbau Stiftleisten auf dem Prüfling verbaut und somit Tastspitzen mit entsprechenden Buchsen für DTP-Messungen notwendig, ist Vorsicht geboten. Denn die bisher verfügbaren Lösungen erzielen in Hinblick auf die Verbindungen zum Prüfling sowie ihrer Signalführung bei hohen Frequenzen eine wesentlich geringere CMRR als koaxiale Tastspitzen. Für diese Zwecke sind dafür optimierte Steckverbinder notwendig, bei denen die Signalführung sorgfältig geplant wurde.

Die PE-Systems GmbH, ein Anbieter von DTP-Testsystemen, unterstützt Anwender weltweit beim Design und der Systemintegration von modularen DPT-Testlösungen. Dessen modulare Messadapter im MMCX-Steckverbinder-Design minimieren parasitäre Effekte und gewährleisten mit dem integrierten R&S RT-ZISO Tast-
kopf eine optimale Signalqualität.

Diese Lösung eignet sich dank seines geringen Rauschens und der hohen Empfindlichkeit von ± 20 mV auch für die Shunt-Stromerfassung. PE-Systems verwendet dazu einen MMCX-Oberflächenmontage-Shunt mit minimaler Einfügungsinduktivität und hoher Bandbreite für genaue Strommessungen.

DPT-Systeme für unterschiedlichste Messumgebungen

DPT-Messplätze müssen in unterschiedlichste Messumgebungen integrierbar sein, was hohe Anforderungen an ihre mechanische Flexibilität stellt. So benötigen diese Strommessungen unter Hochspannung ein Sicherheitsgehäuse, in denen Geräte und Tastköpfe auf engstem Raum untergebracht sind. Für die Messungen hochfrequenter Gleichtaktsignale müssen diese in sicherem Abstand voneinander positioniert oder abgeschirmt werden, um Störeinflüsse zu minimieren. Spezielle Anforderungen an die thermische Konditionierung sowie komplexe Gate-Treiber in modularen Aufbauten erfordern darüber hinaus eine sorgfältige Positionierung von Messgeräten und Tastköpfen.

Das R&S RT-ZISO System verfügt deshalb über lange, formbare Tastkopfspitzen und eine Tastkopfhalterung, die mit gängigen Stativ- und Kamerahalterungen kompatibel ist und dadurch eine flexible Anpassung des Messaufbaus ermöglicht.

Fazit

Doppelpulstests an Leistungskomponenten der nächsten Generation erfordern eine exzellente Gleichtaktunterdrückung in hohen Frequenz- und Spannungsbereichen. Das isolierte Tastkopfsystem R&S RT-ZISO wurde speziell für diese Anforderungen entwickelt. In Kombination mit den DPT-Testlösungen von PE-Systems sind präzise Messaufbauten für unterschiedlichste Testumgebungen umsetzbar. Zudem liefern sie eine schnelle Shunt-Stromerfassung. Diese Testsysteme können darüber hinaus mit Oszilloskopen der MXO 5 Serie sowie mit den zehn Meter langen Glasfaserkabeln des R&S RT-ZISO Systems von Rohde & Schwarz ausgestattet werden.

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