用源测量单元简化复杂测量

日期:2018-11-06

作者:Tom Ohlsen,Tektronix
在当今快节奏的电子设计世界中,复杂性代表邪恶,必须不惜一切代价避免,而简单性则代表一切正确和美好的事物。好吧,也许不是那么极端,但是当涉及到测试和测量时,简单是工程师最好的朋友,因为它节省了时间和精力,并产生了更加一致和精确的测量结果。
一种使许多常用测量的简单性最大化的仪器是源测量单元(SMU),它将电源、数字万用表、电流源和电子负载结合在一个盒子中。这导致了一种比单独仪器更通用的测试仪器,简化了测试设置,减少了测量步骤以及潜在的误差。
与其花很多时间来解释SMU如何简化测量,不如通过示例来显示。为此,在这里,我们首先看看如何用SMU简化DC-DC转换器特性,然后用SMU简化FET器件测试的技术。正如这些例子所示,用SMU工作需要较少的步骤,并提供关键的测量洞察力。
简化DC-DC转换器的特性
与任何器件一样,DC-DC转换器需要由制造商和工程师对其进行设计评估。考虑到开发消耗更少功率的产品越来越大的压力,设计工程师们正在寻找提高功率转换效率的方法。需要大量的测量来表征DC-DC转换器的电气参数。测试包括:
·         线路调节
·         负载调节
·         输入和输出电压精度
·         静态电流
·         效率
·         打开时间
·         纹波
·         瞬态响应
典型地,DC-DC转换器的电气特性包括:源头和测量输入电压(VIN)、测量输入电流(IIN)、测量输出电压(VOUT),以及输入负载电流(IOUT)。从这些测量中,可以确定效率和其他参数。效率对于大多数设计,特别是电池供电的产品来说是重要的,因为它直接影响器件的运行时间。
传统上,这些器件的DC表征需要使用一对数字万用表、电源和电子负载。然而,DC表征可以通过用单个双通道SMU替换所有这些电子仪器来简化。SMU非常适合于测试DC-DC转换器的各种I-V参数,因为它们能够提供和测量电流和电压,以及作为电子负载的功能。注意,为了完成全范围DC-DC转换器测试,需要SMU提供输入电压和负载电流的示波器。
使用一个仪器而不是多个单元简化测试实现、软件和同步,以及占用更少的机架或工作台空间。在输入端上使用一个SMU通道(CH1)和DC-DC转换器的输出端上的另一SMU通道(CH2)代替多个仪器。
DC-DC转换器特性涉及测试许多电气参数。我们将专注于负载调节和线路调节,因为它们是最常用的测试之一。
负载调节
负载调节是指一个DC-DC转换器在恒定VIN下当负载电流(ILOAD)变化时保持指定输出电压的能力。通常,负载调节测试是在负载电流的整个范围内进行的。
线路调节
线路调节是指DC-DC转换器响应输入电压变化而维持指定输出电压的能力。输出电压应该保持恒定,在几毫伏内,而输入电压在指定的电压输入范围内变化。对于线路调节测试,SMU通道都以与负载调节测试相同的方式连接到DC-DC转换器。
用SMU简化FET测试
表征FET电流-电压(I-V)参数对于确保其满足规格和在其预期应用中的工作是至关重要的。这些I-V测试可以包括栅极泄漏、击穿电压、阈值电压、传输特性、漏电流、导通电阻等。FET测试通常涉及对多个仪器进行编程和同步,包括灵敏的电表和多个电压源,这可能是乏味的,而且耗时。虽然交钥匙半导体表征系统解决了集成问题,但这种类型的系统通常花费数万美元。第三种方法涉及使用SMU。测试中所需的SMU数目通常取决于必须偏置和/或测量的FET端子的数量。
总结
测试复杂性是工程效率和生产力的敌人。如这里所示,将多个仪器的功能结合到单个盒子中的源测量单元可以简化测试过程,节省时间并产生更精确和可重复的结果。在DC-DC转换器测试的情况下,单个双通道SMU取代了几对数字万用表、电源和电子负载。在FET表征的情况下,SMU是测试装置的简单、成本有效的替代品,例如灵敏的安培计和多个电压源或专用的半导体表征系统。

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