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Tektronix:精准量测电流变化才能正确推估电量

时间:2016-11-14 11:21来源:Compotech 作者:任苙萍 点击:
安全电源量测○之混合示波
谈到示波器 (Oscilloscope),就不能忽略商用示波器的开山鼻祖——泰克科技 (Tektronix),曾在业界缔造多项「第一」记录:开发第一个 DPX 波形图像处理技术,可产生实时 RF 频谱显示,工程师能检视以往不易察觉的 RF 讯号不稳定性与瞬时现象;同时也是第一台高性能混合讯号示波器 (MSO)、第一个集成频谱分析仪/拥有自动搜索功能/集成串行译码功能示波器的先驱,以及唯一采用三模探头技术系统的示波器供货商,且在采样率和带宽处于领先地位——首创 100 GS / sec 取样和首款 33G / 70G 示波器。
 
大中华区营销业务协理张天生表示,「混合讯号示波器」(MSO) 兴起与软件地位日隆的确是大势所趋,单一特性量测已无法迎合市场,使用者想要的是自行选购符合实际所需的测试项目 (包括软件在内)。泰克也从善如流,将模拟、数字、射频讯号量测等多功能 (Multi- function) 合而为一,辅以具备完整协议知识库的图形化软件供综合测试之用,其产品优势在于能完全涵盖研发到生产验证的所有测试标准,且用户接口 (UI) 相当友善,用户不必深究细部协议规格就能操作。既能享有模块化产品好处,又不必苦学编程技能,只需动手勾选测试主题即可。
 

照片人物:泰克科技大中华区营销业务协理张天生 (右) 及资深技术顾问张志豪 (左)
 
因应大动态负载,仿真电池真实运作
关于电源量测,张天生说明,一般电表无法量测奈米电流的细微电量,有两种解决途径:一是土法炼钢,让机器跑一段时间再取平均值,耗时耗力;二是将电流对时间积分再量测累计的库伦 (Coulomb,符号C),但须精准量测电流变化才能推估。为抓到转瞬即逝的瞬时反应,示波器的分辨率非常重要;「坊间示波器多只有 8~10 位,而我们的电表可提供 18 位高解析数化器,以千倍于示波器的精细度描绘电流波动」。张天生以此描绘
泰克在业界的指标地位,相关机型为 MDO3000 / 4000C 以及 MSO / DPO 5000C、70000C 系列,集成示波器、频谱分析仪、任意波形/函数发生器、逻辑分析仪和协议分析仪功能。
 

图1:Tektronix MSO / DPO 7000 频寛范围为 500 MHz~3.5 GHz
数据源:Tektronix 官网
 
原本偏重生产线量测的泰克,在 2010 年收购吉时利 (Keithley) 且经多年整并后,已补足上游半导体组件量测的缺口。原隶属吉时利的资深技术顾问张志豪从组件测试观点指出,由于电池体积缩小、储电密度增加,使用电池的可携式电子装置如雨后春笋般遽增。一般电源供应器,当负载电流瞬间暴冲时,电压位准会被瞬间拉低,且回复时间长,其特性明显与电池不同;这造成一些大电流动态的产品,会因电压下降而无法继续正常运作。因此,比照电池般快速反应动态的高速电源供应器便应运而生,尤其最好能同时兼顾输出与负载,如同电池的放电与充电。
 
Keithley 2300 系列 (2303~2308) 直流电源供应器,便是这样的产品。可仿真电池的输出电阻与输出电压响应,即使在大负载电流变化下亦能提供稳定电压控制;从最低功耗瞬间过渡至最大功率状态,也能超快速回复,并在最大功率状态维持一段短暂时间。双信道版本提供「电池」通道和「充电器」通道:前者模拟充电电池放电的充放电与内阻,后者可仿真充电器对待测装置充电并监控电压电流。对于需要稳定电压的生产测试或电源管理芯片 (PMIC) 的功能验证,该系列产品可排除电池的不确定性与耗时的充放电时间等待,兼顾可靠性与效率。
 

图2:泰克—吉时利 2300 系列直流电源供应器,因应电路设计、实验室测试、材料研究和装置测试等多种需要
数据源:Tektronix 官网
 
对于着重电池容量、充放电曲线、等效内阻,有测量与模拟需求者,吉时利也有对应的方案可供选择。SMU 2450 图形触控式电源电表 (SourceMeter),可利用自身的输出与负载能力、精密的电压电流测量能力,加上可单机运作的 TSP 脚本程序,自动将电池的放电曲线和内阻测量出来;而电池仿真器 2281S,可将上述 2450 得到的电池特性、或从电池供货商直接取得的数据汇入仿真。另为克服示波器与电流探棒勾测不出奈米电流、噪声大的窘境,可将配置高速数字器的电表 DMM7510 与电路串联,精准量测产品功耗并将电流波形准确撷取出来。
 

图3:使用 SMU 2450 图形触控式电源电表 (SourceMeter) 与可单机运作的TSP (Test Script Processor) 脚本程序,测量电池特性曲线。
数据源:张志豪提供
 

图4:将 2450 测得的电池特性曲线与内阻数据,汇入 2281S 电池仿真器,即可取代电池并呈现电池容量与特性变化;搭配 DMM7510 高精度电表,可测量待测物功耗或捕捉瞬态的电流波形
数据源:张志豪提供
 
跳脱军备竞技、转向务实应用
「除了 Multi- function,在标准规范林立的今天,一致性 (Compliance) 验证更是马虎不得,以免影响产品兼容性」,张天生强调。以生活中常用的充电界面之一 USB 为例,泰克可满足 USB2.0、USB 3.1、USB PD 和 USB Type-C 系统设计的验证、兼容性及除错需求 (符合 USB-IF 测试标准),说来容易,其间实则存在许多关键技巧。例如测试 USB 3.1 发射器,须在套用均衡器和频率还原函数后进行抖动和眼图高度量测;USB 3.1 接收器测试会在检查位错误率同时,插入一个包含不同抖动形式的最坏情况测试码型。
 

 USB Type-C 另需留意电源供应 (PD) 以及 DisplayPort / MHL 序列总线的替代模式测试。泰克表示,每 10 位工程师中就有 8 位采用其产品来提高未来设计的调试速度。从 1946 年第一台商用示波器、模拟示波器、八O年代数字储存示波器、九O年代数字荧光示波器,到 2015 年发布第一台采用「异步时序交织」专利技术的 ATI 70G 示波器,泰克在硬件规格一路领先。然而就在跨越七十个年头之际,泰克在今年初发表新的品牌徽标和营运战略,宣示以应用导向、加快客户获得测量数据速度为使命,跳脱技术指标的军备竞技、转向务实应用创新。 历经策略性并购,泰克不仅扩充了产品线,也逐渐从产品为中心的硬件公司,转型成「应用为重点的科技公司」,完整串接组件、系统到产线的「一站式」量测。张天生阐述,针对通用量测,用户多能透过程序化解决,泰克亦会提供顾问咨询、客服中心并定期开设教育训练课程;至于高度客制化需求,可送交位于印度的专责单位支持,或由用户另行找第三方公司配合。顺带一提的是,泰克也有 Multi-Venders 方案,其专业实验室可遵循国际标准为客户校验不同厂牌的量测仪器。

(责任编辑:helen)
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