新的 SMU 可優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)和半導(dǎo)體的電池壽命

羅德與施瓦茨宣布進(jìn)入源測(cè)量單元 (SMU) 市場(chǎng)，推出兩款新儀器，用于分析和優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 應(yīng)用和半導(dǎo)體元件測(cè)試的電池壽命測(cè)試。

新推出的R&S NGU 系列源測(cè)量單元 (SMU) 有兩種型號(hào)：R&S NGU201 和 R&S NGU401。這些裝置標(biāo)志著羅德與施瓦茨進(jìn)入了一個(gè)新市場(chǎng)，提供能夠同時(shí)產(chǎn)生和測(cè)量電流和電壓的產(chǎn)品。這是一類儀器，可以在受控模式下同時(shí)提供電壓或電流，并測(cè)量被測(cè)設(shè)備上電壓和電流值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。兩象限 R&S NGU201 針對(duì)無線設(shè)備的電池測(cè)試，而四象限 R&S NGU401 可以切換到負(fù)電壓并支持更寬的電壓范圍，用于半導(dǎo)體測(cè)試。

羅德與施瓦茨公司電源產(chǎn)品、儀表、源和音頻分析儀產(chǎn)品管理和規(guī)劃總監(jiān) Philipp Weigell 表示，源測(cè)量單元的真正定義是提供非常精確的源、加載和測(cè)量功能的單元。更高端的 NGU401 符合 SMU 的嚴(yán)格定義，因?yàn)樗峁┝巳我鈽O性的四象限源或匯操作;這使得它非常適合測(cè)試和表征半導(dǎo)體。新 SMU 涉及的另外兩個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域是精密電子以及研究和教育。

定義 SMU

SMU 是一種在同一引腳或連接器上結(jié)合了信號(hào)生成功能和測(cè)量功能的儀器。它可以產(chǎn)生電壓或電流并同時(shí)測(cè)量它們，有效地包含了電源或波形發(fā)生器、數(shù)字萬用表、電流源和電子負(fù)載的能力。

SMU 儀器在測(cè)試系統(tǒng)中用于測(cè)量電壓和電流。它們能夠根據(jù)可變電壓(或電流)快速測(cè)量電流(或電壓)，同時(shí)具有圖形界面和多種計(jì)算選項(xiàng)以及系統(tǒng)總線，例如 GPIB、以太網(wǎng)和 USB。

SMU 可以對(duì)許多半導(dǎo)體進(jìn)行表征，特別是準(zhǔn)確測(cè)量光伏電池或 LED 二極管的 IV 參數(shù)和特性，包括短路電流、開路電壓和最大功率點(diǎn)。半導(dǎo)體表征是需要納或微安范圍內(nèi)的電流靈敏度的應(yīng)用示例。此外，對(duì)更高精度、高速、遠(yuǎn)程電壓感應(yīng)和四象限測(cè)量的需求可能使傳統(tǒng)的可編程電源不足。

SMU 儀器是一種精密源元件，可提供小于 1 mV 的測(cè)量分辨率。它們?cè)?IV 平面上具有四象限輸出，這意味著它們可以提供正電壓和電流(象限 1)、負(fù)電壓和正電流(象限 2)、負(fù)電壓和負(fù)電流(象限 3)或正電壓和負(fù)電流(象限 4)。

新單位

現(xiàn)代電路在不同的操作狀態(tài)下需要不同水平的電壓和/或電流。例如，模擬嵌入式系統(tǒng)的啟動(dòng)序列需要特定的電壓和電流曲線。輪廓分析對(duì)于優(yōu)化電流消耗至關(guān)重要。

R&S NGU SMU 包括六個(gè)電流范圍，從具有 100-pA 分辨率的 10 μA 到具有 10-μA 分辨率的 10 A。對(duì)于所有范圍，可實(shí)現(xiàn)低至 0.025% 的精度。在 20-V 范圍內(nèi)以 10 μV 的分辨率測(cè)量電壓，在 6-V 范圍內(nèi)以 1 μV 的分辨率測(cè)量電壓。R&S NGU 具有可變電容模式，可在 1 μF 至 470 μF 的范圍內(nèi)逐步調(diào)整，對(duì)電容進(jìn)行補(bǔ)償，以便顯示電流，就像直接在被測(cè)設(shè)備上測(cè)量一樣。支持高達(dá) 20 V、8 A 和 60 W 的設(shè)備。

四象限 R&S NGU401 的最大市場(chǎng)是半導(dǎo)體測(cè)試。它提供 –20 V 至 20 V 范圍內(nèi)的測(cè)量。它包括快速電流調(diào)整模式，以避免損壞 LED 等敏感設(shè)備。專用輸出將儀器呈現(xiàn)為模擬毛刺的交流源。

兩象限 R&S NGU201 針對(duì)一系列物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池性能分析進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員可以使用它來模擬真實(shí)世界的電池特性。該儀器的最大電流為 8 A，還支持快速充電應(yīng)用。

Weigel 強(qiáng)調(diào)了模擬和測(cè)試可充電電池以在便攜式設(shè)備中提供更好性能的重要性。過度充電和劇烈放電會(huì)縮短電池壽命，并可能引發(fā)過熱等熱問題?！霸S多電池是通過將許多電池并聯(lián)制成的，”Weigell 說?！霸谶@些情況下，控制充電狀態(tài)至關(guān)重要;不同的值會(huì)限制電池的整體容量。因此，測(cè)試監(jiān)測(cè)和控制電池狀態(tài)的電池管理系統(tǒng)至關(guān)重要。測(cè)試必須模擬操作過程中可能發(fā)生的所有情況。要定義電池模型，可以在預(yù)定義的表格中輸入電池?cái)?shù)據(jù)。R&S NGU 電源模擬了電池的真實(shí)輸出性能。”

憑借高達(dá)每秒 500 ksamples 的采集速率，每 2 μs 可獲得電壓和電流結(jié)果。R&S NGU 使用電流反饋放大器技術(shù)提供高精度，如下圖所示。

電池壽命是一個(gè)成功因素，它可以為便攜式設(shè)備提供較長的使用壽命。高動(dòng)態(tài)范圍(nA 至 A)、時(shí)間分辨率(狀態(tài)開關(guān))和不同電池的模擬是典型儀器必須具備的主要特征。

“典型的電源會(huì)調(diào)節(jié)電壓，所以如果你調(diào)節(jié)電壓，電流會(huì)上升，可能會(huì)損壞你的 LED，”Weigell 說?！八员举|(zhì)上，你需要的是一個(gè)在電流優(yōu)先模式下調(diào)節(jié)電流的電源。這也是你在 SMU 中也能找到的東西?！?

近來，對(duì)更節(jié)能、更環(huán)保產(chǎn)品的需求不斷增長，這有助于振興功率半導(dǎo)體行業(yè)。SMU 能夠?qū)υS多半導(dǎo)體進(jìn)行表征，并將在汽車和移動(dòng)市場(chǎng)中為電池表征找到一席之地，這變得越來越重要。