高精準電源量測單元 Model 52400 Series

高精準電源量測單元
高精準電源量測單元
產品特色
  • 相容於混合式PXI
  • 四象限輸出
  • 高精密/量測解析度 (多重檔位)
  • 低雜訊輸出
  • 高速量測 (100k s/S)
  • 高輸出轉換率 (Slew Rate)
  • 可存取之量測記錄檔
  • DIO 觸發位元
  • 硬體序列引擎-輸出可程式化
  • 可編程阻抗輸出
  • 浮接&護衛 (Guarding) 輸出
  • 16組頻寬選擇
  • 主從控制模式
  • LabView / LabWindows & C/C# API 驅動程式
  • 軟體控制面板

應用範圍

  • 半導體測試
  • LED/LD測試
  • 電池測試
  • 電晶體量測
  • 太陽能電池測試
  • 電動車測試
  • 航太電子測試
  • 電力電子測試
  • 感應器測試

52400系列電源量測單元(Source Measurement Unit, SMU)為相容於混合式PXI模組設計,可安裝於PXI或PXIe機箱。52400 SMU是一款可進行高精密電壓/電流供應源或負載模擬,同時又可精確量測電流/電壓值之綜合高精密儀器設備。

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。

為符合各種量測條件,52400系列電源量測單元提供16段頻寬控制供使用者選擇穩定的控制迴路。多重檔位加上18-bit DAC/ADC提供最佳程式、量測解析度,取樣頻率(Sampling Rate)達到100ks/S,特殊可編程輸出阻抗可提供使用者設定電池內部串聯電阻,此特性讓52400系列電源量測單元成為理想的電池模擬器。

52400系列電源量測單元內建專利硬體時序引擎,使用時序(Deterministic Timing)控制每個電源量測單元,即使未與電腦連接使用,量測程序仍可正常執行;時序引擎內建32k讀值儲存記憶體,可同步化進行數個模組卡片的量測程序,並確保無任何輸出及量測之時間延遲。52400系列電源量測單元提供C/C#與LabView/LabWindows應用程式介面(APIs)及軟體控制面板,加上模組卡背面的接頭,相容於PXI與PXIe機箱,提供客戶工業標準規格PXI或PXIe進行系統整合,執行各種測試應用。

 四象限輸出

52400系列電源量測單元皆設計為四象限輸出操作(Four-Quadrant Operation),可供應電壓/電流源或模擬負載(Load Simulation),當模擬負載時[Sink Mode ; II、Ⅳ 象限],PXI機箱對於每個插槽有20W的標準散熱限制,而對高功率模組,此散熱限制則會造成不對稱之象限輸出範圍。

下列圖示分別為52400系列電源量測單元四象限輸出圖示:

 控制頻寬選擇


▲電源量測單元在頻寬選項下的輸出波型

為縮短測試時間,52400系列電源量測單元皆設計為快速反應、高速電壓與電流輸出。然而,待測物(DUT)的阻抗、治具或電源線都有可能成為整個控制迴路在電壓或電流輸出模式下不穩定的潛在因素。一個不穩定的控制迴路可能造成過飽和震盪,甚至損壞待測物。因此,使用者可能需要在測試治具中增加電容器,讓系統重新獲得穩定。


52400系列電源量測單元提供使用者16個控制頻寬選擇,此功能可免去對待測物的控制電路增加電容之困擾。此設定可做為測試程式參數的一部分,頻寬選項的選擇也可隨待測物做相對改變。

 硬體時序引擎

52400系列電源量測單元硬體序列引擎是一功能強大工具,此工具可以預先設定程式指令,讓儀器按步驟執行指令,即使未與電腦連接使用,量測程序仍可執行,同時確保輸出及量測上無任何時間延遲。以半導體測試為例,量測速度與時序控制非常重要,此時使用時序引擎功能即可達到最佳測試效能。此模式中,一旦儀器接收到觸發訊號,硬體將逐行執行在時序表中的指令。

 低電流量測技術

護衛輸出(Guarding)的應用在低電流(< 奈安)量測時是一項很重要的技術。護衛輸出可以避免漏電流的問題,並降低量測穩定時間,此輸出可保持與主輸出(Force)為同電位,如此在護衛輸出與主輸出間不會有電流產生。護衛輸出同時也消除了電源量測單元與待測體之間導線的電容,使得量測變得快速且精準。


▲ 漏電流 I Leakage 流經電纜線的絕緣阻抗


▲ 三軸轉接線(Triaxial Cable)可用來消除導線的電容(Cable Capacitance)

 主從控制模式

52400系列電源量測單元支援主從輸出模式(Master/Slave operation),在供電壓-測電流(FVMI)模式下,需要較高電流時,可發揮最佳彈性化應用,為達到模組間電流共享目的,52400系列電源量測單元可支援類似型號的通道並聯,形成較高電流/功率輸出。

電流共享是將其中一通道在供電壓-測電流(FVMI)模式下設為主控單元(Master),其他通道則需設為供電流-測電壓(FIMV)模式,主控單元的輸出電壓值設為量測應用需要的電壓值,而其電流值為其他單元在供電流-測電壓模式下之設定電流。右圖為在主從控制控模式下,單元並聯方式的示意圖。


▲ 主從輸出模式(Master/Slave)接線方式

 軟體控制面板

當52400系列電源量測單元標準配件中提供軟體控制面板(Soft Front Panel)讓使用者執行驗證測試與除錯功能。此軟體控制面板具有圖形使用者介面(GUI),方便使用者設定輸出模式、範圍與輸出值;同時,量測到的電壓或電流讀值將顯示在畫面上供使用者讀取,52400 系列軟體控制面板亦可同時控制兩個通道的輸出與量測值。

52400系列軟體控制面板同時包含硬體序列引擎的設定功能,在上一頁中有詳述,使用者可儲存多個預先定義好的程式指令於電腦中,日後即可依照這些程式指令做為多種變化的測試應用。

 應用範例

半導體測試應用中的電池模擬

裝置電源(Device Power Supply, DPS)可提供電壓用以驅動半導體IC。隨著行動通訊的普及,裝置電源可以來自AC/DC配接器或鋰電池,測試電源管理裝置需要動態範圍,不論ICs的峰值電流或微小電流,52400系列電源量測單元均可在各種極端情況下,精準的提供或量測電流,因此,在輸入電流動態範圍下,不僅需要快速,同時更需要精確的量測。

為符合此需求,52400系列電源量測單元提供了10個電流量測檔位,以及100ks/S的取樣頻率,確保瞬間(Burst)電流及穩態(Quasi-state)電流高速且精確之量測。

電池模擬應用中,52400系列電源量測單元提供的阻抗特性,可產生真實電池應用中由電池內部的阻抗所造成的電壓瞬時跌落(Voltage Dip)。當待測物(DUT)被量測的電壓值呈現階梯波的輸出形式,此現象是明顯的證據。

電晶體量測

I-V(電流-電壓)特性曲線可做為場效電晶體量測的關鍵性指標。I-V特性曲線的量測包括閘極洩漏 (Gate Leakage)、崩潰電壓(Breakdown Voltage)與汲極電流(Drain Current)等。為確保正確的量測結果,各項量測參數需同時取得,透過52400系列電源量測單元同步量測功能,可供使用者快速且精確量測到這些重要參數。

如右圖所示,52400系列電源量測單元通道1的輸出端Force Hi(+Force)連接到MOSFET的閘極,電源量測單元通道2的輸出端+Force則連接到MOSFET的汲極。MOSFET的源極則與電源量測單元通道1與通道2的Force Lo(-Force)端點連接。改變各通道之電流與電壓的輸出值,即可掃描繪出待測物之各項I-V特性曲線圖。

發光二極體/雷射二極體量測

諸如發光二極體(LED)或雷射二極體(Laser Diode)等之發光元件,需要電流/電壓源、負載、光功率量測,當執行LIV(Light-Current-Voltage)參數量測與量測二極體的反向特性,52400系列電源量測單元可程式化為電流源模式,用以驅動待測物,進行正向特性量測,也可設成電壓源模式,進行反向特性量測。

進行光輸出功率量測時需要另一電源量測單元通道。光電二極體(Photo Diode)通常用來當作光輸出功率的感應接收器,光功率與光電二極體的短路電流(Short Circuit Current)成正比關係,若無法加偏壓至光電二極體使其成為零伏,量測精確度將受影響,因為正向偏壓會讓光二極體產生較高溫度,此影響更甚於短路電流;52400系列另一重要特性在於可以偏壓至負電壓以補償導線所造成的電壓降,相較於使用分流電阻進行電流量測造成偏壓,52400系列電源量測單元可確保量測到光電二極體之真實短路電流。

52400系列電源量測單元雙輸入通道設計及同步量測功能可取得所有量測參數,如有多個待測物需同時進行平行測試,52400系列電源量測單元之小型PXI設計可提供最高之通道密度。

太陽能電池量測

太陽能電池的基本結構仍屬二極體結構,因此I-V特性曲線是其關鍵特性。利用照光時的I-V特性曲線,可用來導出許多重要的太陽能電池的參數,反向電壓可用來進行反向太陽能電池性能的測試,不同於一般二極體的測試,分流電阻(Shunt Resistor)與串聯電阻是太陽能電池的重要性能指數。

52400系列電源量測單元具有可操作於照光時的正向偏壓負載及反向偏壓輸出特性,此四象限輸出特性使得電源量測單元成為理想的太陽能電池測試儀器。

一般太陽光模擬器之輻射光強會有瞬態的不穩定,使用輻射光監視器(Irradiance Monitor)連接 52400系列電源量測單元的單一通道,依照IEC-60904-1所定義方式來修正太陽能電池的光電流讀值至1 sun(100mW/m2)標準光強狀態,透過電源量測單元提供電壓與電流,進行在同一通道內與跨通道間的同步量測,可取得精準可靠之測試結果。

 其他應用範圍


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52405 Output Triaxial Cable, 不含52405-25-6

高功率外部AC-DC變壓器

52405-25-6 Cable Set (52405-25-6專用)