高精准电源量测单元 Model 52400 Series

高精准电源量测单元
高精准电源量测单元
产品特色
  • 兼容于混合式PXI
  • 四象限输出
  • 高精密/量测分辨率 (多重文件位)
  • 低噪声输出
  • 高速量测 (100k s/S)
  • 高输出转换率 (Slew Rate)
  • 可存取之量测记录文件
  • DIO触发位元
  • 硬件序列引擎-输出可程序化
  • 可编程阻抗输出
  • 浮接&护卫 (Guarding) 输出
  • 16组带宽选择
  • 主从控制模式
  • LabView / LabWindows & C/C# API 驱动程序
  • 软件控制面板

应用范围

  • 半导体测试
  • LED/LD测试
  • 电池测试
  • 晶体管量测
  • 太阳能电池测试
  • 电动车测试
  • 航天电子测试
  • 电力电子测试
  • 传感器测试

52400系列电源量测单元(Source Measurement Unit, SMU)为相容于混合式PXI模组设计,可安装于PXI或的PXIe机箱0.52400 SMU是一款可进行高精密电压/电流供应源或负载模拟,同时又可精确量测电流/电压值之综合高精密仪器设备。

52400系列電源量測單元具備四象限輸出功能,不單精確且具備高速量測性能。這些特性使得52400系列適合進行精確的參數量測,應用範圍包含 ICs、發光二極體(LEDs)、雷射二極體(Laser Diodes)、電晶體(Transistors)、太陽能電池(Solar cells)、鋰電池(Batteries)以及其他半導體元件。

为符合各种量测条件,52400系列电源量测单元提供16段频宽控制供使用者选择稳定的控制回路。多重档位加上18-bit DAC/ADC提供最佳程式、量测解析度,取样频率(Sampling Rate)达到100ks/S,特殊可编程输出阻抗可提供使用者设定电池内部串联电阻,此特性让52400系列电源量测单元成为理想的电池模拟器。

52400系列电源量测单元内建专利硬体时序引擎,使用时序(Deterministic Timing)控制每个电源量测单元,即使未与电脑连接使用,量测程序仍可正常执行;时序引擎内建32k读值储存记忆体,可同步化进行数个模组卡片的量测程序,并确保无任何输出及量测之时间延迟。 52400系列电源量测单元提供C/C#与LabView/LabWindows应用程式介面(APIs)及软体控制面板,加上模组卡背面的接头,相容于PXI与PXIe机箱,提供客户工业标准规格PXI或PXIe进行系统整合,执行各种测试应用。

 四象限输出

52400系列电源量测单元皆设计为四象限输出操作(Four-Quadrant Operation),可供应电压/电流源或模拟负载(Load Simulation),当模拟负载时[Sink Mode ; II、Ⅳ 象限],PXI机箱对于每个插槽有20W的标准散热限制,而对高功率模组,此散热限制则会造成不对称之象限输出范围。

下列图示分别为52400系列电源量测单元四象限输出图示:

 控制频宽选择


▲电源量测单元在频宽选项下的输出波型

为缩短测试时间,52400系列电源量测单元皆设计为快速反应、高速电压与电流输出。然而,待测物(DUT)的阻抗、治具或电源线都有可能成为整个控制回路在电压或电流输出模式下不稳定的潜在因素。一个不稳定的控制回路可能造成过饱和震荡,甚至损坏待测物。因此,使用者可能需要在测试治具中增加电容器,让系统重新获得稳定。


52400系列电源量测单元提供使用者16个控制频宽选择,此功能可免去对待测物的控制电路增加电容之困扰。此设定可做为测试程式参数的一部分,频宽选项的选择也可随待测物做相对改变。

 硬体时序引擎

52400系列电源量测单元硬体序列引擎是一功能强大工具,此工具可以预先设定程式指令,让仪器按步骤执行指令,即使未与电脑连接使用,量测程序仍可执行,同时确保输出及量测上无任何时间延迟。以半导体测试为例,量测速度与时序控制非常重要,此时使用时序引擎功能即可达到最佳测试效能。此模式中,一旦仪器接收到触发讯号,硬体将逐行执行在时序表中的指令。

 低电流量测技术

护卫输出(Guarding)的应用在低电流(<奈安)量测时是一项很重要的技术。护卫输出可以避免漏电流的问题,并降低量测稳定时间,此输出可保持与主输出(Force)为同电位,如此在护卫输出与主输出间不会有电流产生。护卫输出同时也消除了电源量测单元与待测体之间导线的电容,使得量测变得快速且精准。


▲ 漏电流 I Leakage 流经电缆线的绝缘阻抗


▲ 三轴转接线(Triaxial Cable)可用来消除导线的电容(Cable Capacitance)

 主从控制模式

52400系列电源量测单元支援主从输出模式(Master/Slave operation),在供电压-测电流(FVMI)模式下,需要较高电流时,可发挥最佳弹性化应用,为达到模组间电流共享目的,52400系列电源量测单元可支援类似型号的通道并联,形成较高电流/功率输出。

电流共享是将其中一通道在供电压-测电流(FVMI)模式下设为主控单元(Master),其他通道则需设为供电流-测电压(FIMV)模式,主控单元的输出电压值设为量测应用需要的电压值,而其电流值为其他单元在供电流-测电压模式下之设定电流。右图为在主从控制控模式下,单元并联方式的示意图。


▲ 主从输出模式(Master/Slave)接线方式

 软体控制面板

当52400系列电源量测单元标准配件中提供软体控制面板(Soft Front Panel)让使用者执行验证测试与除错功能。此软体控制面板具有图形使用者介面(GUI),方便使用者设定输出模式、范围与输出值;同时,量测到的电压或电流读值将显示在画面上供使用者读取,52400 系列软体控制面板亦可同时控制两个通道的输出与量测值。

52400系列软体控制面板同时包含硬体序列引擎的设定功能,在上一页中有详述,使用者可储存多个预先定义好的程式指令于电脑中,日后即可依照这些程式指令做为多种变化的测试应用。

 应用范例

半导体测试应用中的电池模拟

装置电源(Device Power Supply, DPS)可提供电压用以驱动半导体IC。随着行动通讯的普及,装置电源可以来自AC/DC配接器或锂电池,测试电源管理装置需要动态范围,不论ICs的峰值电流或微小电流,52400系列电源量测单元均可在各种极端情况下,精准的提供或量测电流,因此,在输入电流动态范围下,不仅需要快速,同时更需要精确的量测。

为符合此需求,52400系列电源量测单元提供了10个电流量测档位,以及100ks/S的取样频率,确保瞬间(Burst)电流及稳态(Quasi-state)电流高速且精确之量测。

电池模拟应用中,52400系列电源量测单元提供的阻抗特性,可产生真实电池应用中由电池内部的阻抗所造成的电压瞬时跌落(Voltage Dip)。当待测物(DUT)被量测的电压值呈现阶梯波的输出形式,此现象是明显的证据。

电晶体量测

I-V(电流-电压)特性曲线可做为场效电晶体量测的关键性指标。 I-V特性曲线的量测包括闸极泄漏 (Gate Leakage)、崩溃电压(Breakdown Voltage)与汲极电流(Drain Current)等。为确保正确的量测结果,各项量测参数需同时取得,透过52400系列电源量测单元同步量测功能,可供使用者快速且精确量测到这些重要参数。

如右图所示,52400系列电源量测单元通道1的输出端Force Hi(+Force)连接到MOSFET的闸极,电源量测单元通道2的输出端+Force则连接到MOSFET的汲极。 MOSFET的源极则与电源量测单元通道1与通道2的Force Lo(-Force)端点连接。改变各通道之电流与电压的输出值,即可扫描绘出待测物之各项I-V特性曲线图。

发光二极体/雷射二极体量测

诸如发光二极体(LED)或雷射二极体(Laser Diode)等之发光元件,需要电流/电压源、负载、光功率量测,当执行LIV(Light-Current-Voltage)参数量测与量测二极体的反向特性,52400系列电源量测单元可程式化为电流源模式,用以驱动待测物,进行正向特性量测,也可设成电压源模式,进行反向特性量测。

进行光输出功率量测时需要另一电源量测单元通道。光电二极体(Photo Diode)通常用来当作光输出功率的感应接收器,光功率与光电二极体的短路电流(Short Circuit Current)成正比关系,若无法加偏压至光电二极体使其成为零伏,量测精确度将受影响,因为正向偏压会让光二极体产生较高温度,此影响更甚于短路电流;52400系列另一重要特性在于可以偏压至负电压以补偿导线所造成的电压降,相较于使用分流电阻进行电流量测造成偏压,52400系列电源量测单元可确保量测到光电二极体之真实短路电流。

52400系列电源量测单元双输入通道设计及同步量测功能可取得所有量测参数,如有多个待测物需同时进行平行测试,52400系列电源量测单元之小型PXI设计可提供最高之通道密度。

太阳能电池量测

太阳能电池的基本结构仍属二极体结构,因此I-V特性曲线是其关键特性。利用照光时的IV特性曲线,可用来导出许多重要的太阳能电池的参数,反向电压可用来进行反向太阳能电池性能的测试,不同于一般二极体的测试,分流电阻(Shunt Resistor)与串联电阻是太阳能电池的重要性能指数。

52400系列电源量测单元具有可操作于照光时的正向偏压负载及反向偏压输出特性,此四象限输出特性使得电源量测单元成为理想的太阳能电池测试仪器。

一般太阳光模拟器之辐射光强会有瞬态的不稳定,使用辐射光监视器(Irradiance Monitor)连接52400系列电源量测单元的单一通道,依照IEC-60904-1所定义方式来修正太阳能电池的光电流读值至1 sun(100mW/m2)标准光强状态,透过电源量测单元提供电压与电流,进行在同一通道内与跨通道间的同步量测,可取得精准可靠之测试结果。

 其他应用范围


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