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1、产品耗电测试从未如此简单产品耗电测试从未如此简单 安捷伦直流分析仪安捷伦直流分析仪N6705B在低功耗分析中的应用在低功耗分析中的应用 Page 1 孙川 系统仪器市场开发 电话： 孙川 系统仪器市场开发 电话：10-64397274 电子信箱：电子信箱：chuan_ N6700 Low-Profile MPS Mainframe Intro: Jan 2004 N6700 DC Power Modules (26 models) 新平台：新平台：N6700 模块化电源系统模块化电源系统 Award Winning Flagship Family Since 2004 N6705 DC Pow
2、er Analyzer Mainframe Intro: May 2007 “After you start using it, you cant work without it anymore.” -Wireless platform/semiconductor developer May 2010 “The small size and modularity of the N6700 are just what we need.“ -Defense contractor developing radio systems “Makes a perfect power measurement
3、system for FB-DIMM modules” -Major semiconductor device manufacturer 新平台：新平台：N6700 模块化电源系统模块化电源系统 Award Winning Flagship Family Since 2004 Page 3 安捷伦独特的解决方案安捷伦独特的解决方案 N6705A 直流分析仪直流分析仪 单台仪器中整合多种测试仪器的功能， 为研发工程师大幅度提 高工作效率 短时间内快速详细的掌握在各种情况下短时间内快速详细的掌握在各种情况下DUT的工作情况 而不需要写一行代码 的工作情况 而不需要写一行代码! 1 至 4 路高性能
4、电源输出 数字电压表和电流表 带功率输出的任意波形发生器 示波器 数据采集 所有的测量和功能都能通过前面板实 现 议程议程 1.N6705B简介和回顾 2.N6781/82A源表模块在低功耗分析 中的应用 3.N6781/82A作为电子负载在电源芯 片测试中的应用 4.安捷伦太阳能测试方案 Page 5 WWFO Decision N6705B的典型应用：仿真供电中断、故障现象的典型应用：仿真供电中断、故障现象 1.供电系统内部电源的切换过程供电系统内部电源的切换过程 地面供电 切换至内部供电 运行过程中，内部供电电源之间的切换，如多个直流发电机之间的切换 特殊情况：内部电源 切换至 备份电源
5、，如卫星进入阴影区域，或者航 天器主发电机产生故障 由电源切换所造成的供电中断时间应小于由电源切换所造成的供电中断时间应小于50ms 2.短路现象短路现象 短路造成电压跌落和供电中断，造成短路的原因： 绝缘损坏，连线故障，战斗损伤等 短路保护主要由熔断器来实现 3.抛负载现象抛负载现象 负载突变(如电池与发电机的连接脱落)会导致输出 电压产生巨大波动 其他干扰现象其他干扰现象 可能造成供电中断、故障的原因可能造成供电中断、故障的原因 #1 供电电源之间的切换供电电源之间的切换 供电电源间的切换导致电压波动甚至中断，这种电源波动会对机载设备 产生影响，导致电子产品非正常关机，死机或进入错误工作状
6、态 电池供电切换至发电机供电时，典型的电压跌落、摆动波形 模拟常见情况下保险丝熔断时，对周围电路供电的影响模拟常见情况下保险丝熔断时，对周围电路供电的影响 可能造成供电中断、故障的原因可能造成供电中断、故障的原因 #2 短路短路 为防止短路造成的电源系统故障，熔断保险丝或断路器被应用于每条供电 线路中，以防止过大电流的出现。但熔断器在熔断过程中会造成电压的瞬 间跌落，形成负电压脉冲，对周围的其他用电设备产生供电中断影响 短路现象发生时，瞬间电流增大， 造成电压的快速跌落，当保险丝因 电流增大熔断时，电压恢复正常， 模拟常见情况下保险丝熔断时，对周围电路供电的影响模拟常见情况下保险丝熔断时，对周
7、围电路供电的影响 可能造成供电中断、故障的原因可能造成供电中断、故障的原因 #3 感性器件造成的过冲电压感性器件造成的过冲电压 ECU 电磁阀负载通常为感性负载，截止时通常伴随很大的过 冲电压，幅度可能达到上百伏 负载脉冲一般上升沿在1毫秒到10毫秒之间， 脉冲宽度约为50-400毫秒 我们必须时刻面对母线上充斥的噪声我们必须时刻面对母线上充斥的噪声 母线上充满噪声影响，任何负载变化都会相应的引发输出电压波动，为了保证电子产品 在各种供电环境下的正常运行，有必要在实验室环境中仿真各种电压噪声、波动影 响，对机载产品进行预兼容测试 可以输出任意波形的可以输出任意波形的N6705B 直流电源直流电
8、源分析分析仪仪 单台仪器中整合多种测试仪器的功能单台仪器中整合多种测试仪器的功能 1 至至 4 路高性能电源输出路高性能电源输出 数字电压表和电流表数字电压表和电流表 带功率输出的任意波形发生器带功率输出的任意波形发生器 示波器示波器 数据采集数据采集 所有的测量和功能都能通过前 面板实现 所有的测量和功能都能通过前 面板实现 使用使用N6705B进行电压瞬变测试进行电压瞬变测试 安捷伦N6705B直流分析仪可以直接编辑产生电压、电流任意波形，用以 仿真车载电源的各种电压瞬变现象： 单台仪表完成电压瞬变测试，并可以直观的观察电压，电流变化波形 前面板简单操作就可以改变测试参数，更适合研发工程师
9、使用 WWFO Decision 使用使用N6705B进行电压瞬变测试进行电压瞬变测试 复杂波形可以通过描点方式产或使用14585A软件在PC机上进行波形编辑和下载 14585A控制分析软件控制分析软件 1.提供更多基础波形提供更多基础波形 2.直接导入示波器捕捉到的波形文件并下载 到 直接导入示波器捕捉到的波形文件并下载 到N6705中中 3.提供公式编辑功能，依据公式产生所需要 的波形产生 提供公式编辑功能，依据公式产生所需要 的波形产生 通过LAN, USB, GPIB连接 WWFO Decision 捕捉真实波形进行电压瞬变测试捕捉真实波形进行电压瞬变测试 Real Environme
10、 nt Scope 使用示波器捕捉真是电压使用示波器捕捉真是电压使用示波器捕捉真是电压使用示波器捕捉真是电压 顺便波形顺便波形顺便波形顺便波形 真时电压波形真时电压波形真时电压波形真时电压波形 实际车载电源系统的输出往往是复杂 的电压波形，如发电机启动瞬间电池 供电向发电机供电切换过程的真实电 压跌落波形，如上图所示。普通电源 通过编程很难实现精确的供电特性仿 真 1 November 2006 真实故障波形捕捉及回放真实故障波形捕捉及回放 使用示波器捕捉实使用示波器捕捉实使用示波器捕捉实使用示波器捕捉实 际电压瞬变波形际电压瞬变波形际电压瞬变波形际电压瞬变波形 实际波形实际波形实际波形实际波
11、形 Scope 示波器波捉到的波形数据（CSV文件）可以通过14585A软件直 接导入电源，通过电源复现出刚才的特殊电压波形 优点：基于示波器和N6705B，方便波形故障的捕获和回放， 便于调试和进行故障分析 14585A 控制分析软件控制分析软件 议程议程 1.N6785B简介和回顾 2.N6781/82A源表模块在电池耗电分 析中的应用 3.N6782/84A作为电子负载在电源芯 片测试中的应用 4.总结 Page 16 17 无线通信终端的耗电问题无线通信终端的耗电问题 无线终端耗电特性：大范围变化的动态电流，频率在无线终端耗电特性：大范围变化的动态电流，频率在KHz 更高的电流测量精度
12、 微安级休眠电流，甚至nA级漏电流都成为测试需要 动态电流变化范围大： 从微安级休眠电流到安培级发射电流 针对不同范围电流都能提供连续，准确的测量 脉冲宽度窄，一般在几百微秒至毫秒级 采样速率和记录时间 更快的采样速率，更长的存储深度 “Two things that continue to limit the wireless industry: Bandwidth and battery life.” Jon Rubinstein, CEO of Palm, Inc 适用于电池耗电分析的适用于电池耗电分析的N6781A, N6782A 高精度源表模块高精度源表模块 其他特性：其他特性： 高
13、精度电压源 高精度电流源 高精度电子负载 高精度电压源 高精度电流源 高精度电子负载 “Glitch free” sourcing and measurement 提供多个电流测试量程 应对电流脉冲时良好的电压稳定性 提供多种补偿模式，稳定各种容性 (up to 150uF) 负 载的供电 电池仿真功能 (仅N6781A): 模拟电池内阻: -40m to +1 额外的电压测试端口用于电池耗尽测试 测量功能测量功能 内置采样率 最高 200K 每秒 +20V +1A +3A -3A +6V+6V -1A N6781A for Battery Drain Analysis $ 5,300$ 4,
14、230 N6782A for Functional Test SourceLoad 多功能合一 无缝电流量程切换功能无缝电流量程切换功能 全新安捷伦专利技术 电流测量从未如此简单 在一次测量中连续、完整、精确的观察电流波形： 从nA级到安培级 在一次测量中连续、完整、精确的观察电流波形： 从nA级到安培级 可以自动切换量程，无数据丢失，无毛刺现象 200 kHz, 18-bit 数据采样配合无缝量程切换功能，实际测量动 态范围相当于28-bits AD采样 Seamless OffSeamless On YesterdayToday Range Measurement Accuracy 3 A
15、 (0.03% + 200 A) TRANSMIT MODE 100 mA (0.025% + 7 A) STANDBY MODE 1 mA(0.025% + 80 nA) SLEEP MODE 10 A(0.025% + 8 nA)FIXED RANGE Seamless Range Changes Amperes = 无缝量程切换点 无缝隙的电流量程切换无缝隙的电流量程切换 200 kHz, 18-bit 数字化仪，达到数字化仪，达到28bit 的动态测量范围的动态测量范围 在电流测试中使用无缝量程切换功能在电流测试中使用无缝量程切换功能 没有无缝量程切换功能 时 没有无缝量程切换功能 时
16、，由于量化误差导致 大量程下无法准确测量 小信号，待测信号完全 被噪声淹没 无缝量程切换功能打开 后 无缝量程切换功能打开 后，小电流部分的细节 可以清晰观察并准确测 量 285uA 85uA 低至低至nA级的电流测试精度，配合无缝量程切换功能，完 成从芯片到整机的耗电测试 级的电流测试精度，配合无缝量程切换功能，完 成从芯片到整机的耗电测试 瞬间电流捕捉模式，可以调 用marker直接进行电流测 量，操作如同示波器一样简 单直观 长时间数据记录模式，原始 数据可以导出成CSV文件， 回传到电脑端进行后续分析 更快采集速率和更深存储深度更快采集速率和更深存储深度 14565B软件 配合软件 配
17、合 66319/21 N6705B + N6781A14585A 软件配合软件配合 N6705B + N6781A Scope Capture 短时间捕捉 模式 4 k采样点存储深度 最高15.6 s 采样间 隔 (64K/S 采样率) 512 k 采样点存储深度 最高5.12 s 采样间隔 (200K/S采样率) 1.024 M采样点存储深 度最高5.12 s 采样间 隔 (200K/S采样率) Data Logging 连续捕捉模 式 5 msec 积分时间 (200 点/S 采样率) 最高 20.48 s 采样间 隔 (50K/S 采样率) 使用 仪表本机内存可连续 记录 45 分钟，使
18、用 4G外接U盘可连续记 录6小时数据 最高 102.4 s 采样间 隔 (10K/S 采样率)，数 据直接记录到计算机 硬盘，存储时间取决 于硬盘大小 采样率与存储深度大幅度提升，采集数据不再受限 受限于受限于GPIB传 输速率 传 输速率 数据通过网线 传输 数据通过网线 传输 低至低至nA级的电流测试精度，配合无缝量程切换功能，完 成从芯片到整机的耗电测试 级的电流测试精度，配合无缝量程切换功能，完 成从芯片到整机的耗电测试 PA耗电分析测试 手机整机耗电分析测试 瞬间电流脉冲捕捉和长时间电流记录分析功能： 1. 瞬间电流脉冲捕捉，采样率最高200KHz，512K点存储 深度 2.长时间
19、数据记录模式下，采样率最高50KHz，主机提供 256M点存储深度，U盘可扩展至512M 测试实例：无线温湿度传感器电池耗电测试测试实例：无线温湿度传感器电池耗电测试 99% 休眠时间; 平均电流7.46 A (7.54 A * 99%) 1% 发射时间; 平均电流 8.6 mA (8.6 mA * 1%) 预期电池寿命12,900 Hrs (1.5 yrs) 。使用1.2A-Hr battery (93.5 A total drain) RF Power Amp (PA) draws 2 mA idle and 14.4 mA pulsed, useful for determining R
20、F PA Power Added Efficiency (PAE) 14 s/Div3 mA/Div 3 mA/Div 91 ms/Div 3 mA/Div 11 ms/Div 无线温湿度传感器 38 sec-long, 7.54 A sleep periods Dual Transmit Burst 1-temp, 1-humidity 0.19 sec-long each 8.6 mA average during burst Transmit Burst Pulses 14.4 mA pulse plateau 2.01 mA idle current 议程议程 1.N6705B简介和回
21、顾 2.N6781/82A源表模块在低功耗分析 中的应用 3.N6781/82A作为电子负载在电源芯 片测试中的应用 4.总结 Page 26 +20V +1A +3A -3A +6V+6V -1A 作为电子负载使用： 测试您电源芯片 作为电子负载使用： 测试您电源芯片 (PMU, PMIC, LDO等等) 的各项指标：的各项指标： 完整的两象限工作状态，可以作为电子负载使用 100 kHz任意波形带宽，可以生成所需要的任意波形电压、电 流波形、脉冲、噪声等信号 200KHz采样率，作为电子负载，直接观察输入电压、电流波形 低电压状态下工作正常，无导通电压要求 第二象限： 完整的电子 负载工作
22、区 作为小功率电子负载使用： 测试您电源芯片 作为小功率电子负载使用： 测试您电源芯片 (PMU, PMIC, LDO等等) 的各项指标：的各项指标： 产生脉宽、幅度可控的电流脉冲测试输出稳定度 (Transient Response) N6781/82A可以产生微秒级变化的电流脉冲，用以仿真实际负 载的动态变化，来测试您的电源芯片输出稳定程度 定义您所需要的电 流脉冲波形，加载 在被测试的电源芯 片上 作为小功率电子负载使用： 测试您电源芯片 作为小功率电子负载使用： 测试您电源芯片 (PMU, PMIC, LDO等等) 的各项指标：的各项指标： 作为恒流(CC)负载时，可以通过内部数采（最
23、高200KHz采样率 ）测量芯片输出的电压纹波噪声指标： 图中可以看到，在1.8V输出 时，采集到的电压纹波峰峰值 为6.1mV 设置N6781A工作在恒流电子 负载模式下 作为小功率电子负载使用： 测试您电源芯片 作为小功率电子负载使用： 测试您电源芯片 (PMU, PMIC, LDO等等) 的各项指标：的各项指标： 任意波形功能，可编辑负载输入端电压电流波形 内置测量功能，同时对输入的电压电流信号进行测量观察 内置200KHz数采直接采集输入端电压电流波形，并测量电压电流峰峰 值，最大最小值，测量精度最高可到uV或nA级别 放大或展宽波形可 以得到更多细节， 并对波形进行测量 由于负载模块
24、 生成的电流脉 冲造成的电源 芯片输出电压 波动 作为电子负载使用： 测试您电源芯片 作为电子负载使用： 测试您电源芯片 (PMU, PMIC, LDO等等) 的各项指标：的各项指标： N6781/82A作为电子负载，不存在低电压工作限制 常见电子负载通常有工作电压要求，低于3V时，吸收电流能力 下降，导致低电压测试时，非常不便， 普通电子负载在低电压条件下，吸收电流能力下 降，作为低电压芯片测试非常不便，有时需要串联 额外电源用以台高输入电压电压 作为电子负载使用： 测试您电源芯片 作为电子负载使用： 测试您电源芯片 (PMU, PMIC, LDO等等) 的各项指标：的各项指标： 可以直接工
25、作在低电压下(3V以下)，吸收电 流并测试低电压供电芯片的输出能力 Page 33 实例：传统实例：传统DC-DC转换器测试方法：转换器测试方法： 静态参数：静态参数： 1.输入电压 2.输入电流 3.输出电压 4.输出电流 5.效率 6.源调整率 7.负载调整率 动态参数：动态参数： 1.纹波和噪声 2.噪声抑制比 3.上升时间和下降时间 4.过冲 5.延迟时间 6.负载脉冲响应 测试系统复杂，需要多种 测试仪表（电源，电子负 载，万用表，示波器，信 号发生器），以及系统集 成和软件编写工作 Page 34 传统传统DC-DC转换器测试方法：转换器测试方法： -动态参数测量方法较为复杂动态参
26、数测量方法较为复杂 由于难以产生快速的负载变化，负载动态响应 测试往往需要通过信号源驱动MOS管的方法产 生快速的脉冲电流来测试DC-DC转换器的输出 相应。这种反方法复杂而且难于精确控制电流 幅度 使用使用 N6782A 源表模块进行源表模块进行DC-DC转换器测试转换器测试 -简化动态参数测试方法简化动态参数测试方法 Key output characteristics of a voltage regulator include its DC load regulation and transient voltage response Requires a fast slewing el
27、ectronic load to load and test the voltage regulators output characteristics time Iout Vout DC Load Regulation Transient Voltage Drop N6705B Mainframe N6782A #1 N6782A #2 3.3 Volt Regulator +Vin+Vout Iout Iin The N6782A SMU 非常适合进行电源芯 片的测试 The N6782A SMU 模块两象限输出能力 和快速负载响应能力使其适合在DC-DC 转换器测试中同时作为源和负载进行
28、测 试 Page 36 测量输出端负载动态响应能力测量输出端负载动态响应能力 使用使用N6705B配合两路配合两路SMU电源模块电源模块N6782A 搭建搭建DC-DC converter测试系统测试系统 N6782A 工作在电子负载模式 下，产生电流脉冲，并同时测量 输出端的瞬态响应 改变电流脉冲幅度和宽度，观 察输出端瞬态响应的恶化情况 Page 37 使用使用N6705B配合两路配合两路SMU电源模块电源模块N6782A 搭建搭建DC-DC converter测试系统测试系统 输入5V 输出3.3V 通道1工作 在5V输 出，恒压 模式 通道2工作 在恒流电 子负载模 式 测量输入输出纹
29、波抑制比测量输入输出纹波抑制比 在源端注入特定幅度频率的纹波 噪声，同时在输出端测量纹波的 幅度值，并计算纹波抑制比 Sine, Triangle, Saw Tooth, Exponential, Stair Step, Square, Gaussian, Sinc, Random noise Tabbed/CSV/XML text files Binary format files Clipboard: Bitmap Image Clipboard: paste data Generator Window From Canned WaveformRun Add/Insert/Delete w
30、aveforms Run/Stop waveform Edit data by sheet Pan and Zoom in /out Change time scale/offset Change vertical scale/offset Auto scale Show/change parameter of waveform Show/change trigger settings Run the Arbitrary waveform From Memory From Formula 15 primitive function: abs(),acos(),log(), etc 12 high level functions: AM,PWM, gauss(), etc 6 operators: +,-,*,/,% Export / Save Data copied from Clipboard Print One page summary 14585A 控制分析软件进行捕捉和回 放 控制分析软件进行捕捉和回 放 议程议程 1.N6705B简介和回顾 2.N6781/82A源表模块在低功耗分析 中的应用 3.N6781/82A作为电子负载在电源芯 片测试中的应用 4.总结 Page 39