安捷伦直流分析仪N6705B在电压瞬变测试和低功耗分析中的应用.ppt

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1、安捷伦直流分析仪N6705B在电压瞬变测试和低功耗分析中的应用,Page 1,孙川系统仪器市场开发电话：10-64397274电子信箱：chuan_,N6700 Low-Profile MPS MainframeIntro:Jan 2004,N6700 DC Power Modules(22 models),新平台：N6700 模块化电源系统Award Winning Flagship Family Since 2004,N6705 DC Power Analyzer MainframeIntro:May 2007,“After you start using it,you cant work

2、 without it anymore.”-Wireless platform/semiconductor developerMay 2010,The small size and modularity of the N6700 are just what we need.“-Defense contractor developing radio systems“Makes a perfect power measurement system for FB-DIMM modules”-Major semiconductor device manufacturer,安捷伦独特的解决方案N6705

3、A 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DUT的工作情况 而不需要写一行代码!,1 至 4 路高性能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,N6705B在电压瞬变测试中的应用N6781/82A源表模块在低功耗分析中的应用N6781/82A作为电子负载在电源芯片测试中的应用安捷伦太阳能测试方案,Page 4,WWFO Decision,供电中断、故障的现象,供电系统内部电源的切换过程地面供电 切换至内部供电行过程中，内部供电电源之间的切换，如多个直流发电

4、机之间的切换特殊情况：内部电源 切换至 备份电源，如卫星进入阴影区域，或者航天器住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50ms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,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

5、电的影响,可能造成供电中断、故障的原因#2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,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,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

6、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N6705A 直流电源分析仪,单台仪器中整合多种测试仪器的功能,1 至 4 路高性能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,使用N6705B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

7、波形前面板简单操作就可以改变测试参数，更适合研发工程师使用,WWFO Decision,使用N6705B进行电压瞬变测试,复杂波形可以通过描点方式产生：对于一些复杂的电压瞬变波形，可以通过描点的方法逐点设置电压值和持续时间，以得到所需的电压变化,Good for basic test,but these profiles can not reflect real voltage transient,WWFO Decision,捕捉真实波形进行电压瞬变测试,Real Environment,Scope,使用示波器捕捉真是电压顺便波形,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

8、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,使用示波器捕捉实际电压瞬变波形,实际波形,Scope,捕捉到的波形经过简单抽取，原始数据可以直接导入电源，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,议程,N6705B在电压瞬变测试中的应用N6781/82A源表模块在低功耗分析中的应用N6781/82A作为电子负载在电源芯片测试中的应用安捷伦太阳能测试方案,Page 15,16,无线通信终端的动态电流,动

9、态电流：无线终端系统、器件、子系统等在工作过程中变化的电流在射频功率放大器在发射脉冲时瞬间的大电流为了更有效利用电池能量，电路在休眠、唤醒、待机、通信过程中的电流有很大的变化动态频率调节动态电压调节硬件(FPGAs)的重新配置 软件无线电自识别无线电台,17,N6705B 的特殊功能,优势:大动态范围电流的测试能力 高分辨率和高精度 精确的小电流测量能力 不会给电路带来额外的阻抗 一体化的测试方案，简便易用,高性能直流电源必须具备的能力:高速响应、快速上升、下降、高测量精度和分辨率、用于电流、电压高速测量的数字化仪，以及小电流测量能力,N6705B+N6781/82A SMU源表模块,N670

10、5B 新主机，支持更高精度的模块N6781A 耗电特性分析模块(BDA)SMUN6782A 功能测试模块 SMU新版软件控制可分析软件(14585A)特性输出范围：20W:20V,1A or 6V,3A;输出精度:100 V,2 A多测量量程;10秒测量时间内nA级的精度2象限工作模式，用于电源和电子负载带负载时，任意波形输出可高达100 kHz 优异的瞬态响应特性，可以用于GSM手机的测试 内置 200kSa/s 数字化仪辅助的 DVM 输入和可编程的输出内阻,N6781A,N6782A 高精度源表模块 Address Emerging Needs,电压源电流源电子负载“Glitch fre

11、e”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For Battery Drain(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内置采样率 200,000 samples/second,N6781Afor Battery Drain Analysis,$5,300,$4,230,N6782AforFunctional Test,Source,Load,多功能合一,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

12、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 Off,Seamless On,Yesterday,Today,Seamless Current MeasurementAll new,Agilent-exclusive feature never been done before,过去没有自动量程切换功能时，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，小电流部分的细节可以清

13、晰观察并准确测量,285uA,85uA,Amperes,无缝隙的电流量程切换200 kHz,18-bit 数字化仪，达到28bit 的测量范围,多种输出电压补偿模式，帮助稳定输出电压,0-150uF补偿,0-1uF补偿,7-150uF补偿，电压稳定效果最好,对同一负载，不同补偿模式下的输出效果：,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,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，256K点存储深度长时间数据记录模式下，采样率最高50KHz，主机提供256M点存储深度，U盘可扩

14、展至512M,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,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,议程,N6705B在电压瞬变测试中的应用N6781/82A源表模块在低功耗分析中的应用N6781/82A作为电子负载在电源芯片测试中的应用安捷伦太阳能测试方案,Page 26,作为电子负载使用：测试您电源芯片(PMU,PMIC,LDO等)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

15、、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区,作为电子负载使用：测试您电源芯片(PMU,PMIC,LDO等)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,作为电子负载使用：测试您电源芯片(PMU,PMIC,LDO等)的各项指标：,负载稳定时，可以通过内部数采（最高200KHz

16、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,作为电子负载使用：测试您电源芯片(PMU,PMIC,LDO等)的各项指标：,内置侧量功能，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(PMU,PMIC,LDO等)的各项指标：,N6781/82A作为电子负

17、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(PMU,PMIC,LDO等)的各项指标：,可以直接工作在低电压下(3V以下)，吸收电流并测试低电压供电芯片的输出能力,Import tabular data from Clipboard,Export data to Excel,Export data to Clipboard as a Bitmap or tabular data

18、,Export data to file:Tabbed/CSV/XML text files,Data Reduction andSample Rate Conversion,Record,Playback,Run the Arbitrary waveform,14585A 控制分析软件进行捕捉和回放,Capture data with N6705 scope or data logger,Capture from a different instrument:NI TDM,LabVIEW Binary,Tektronix Binary,Agilent Scope Binary,Import

19、from file:XML,Text-CSV,MATLAB,Audio,议程,N6705B在电压瞬变测试中的应用N6781/82A源表模块在低功耗分析中的应用N6781/82A作为电子负载在电源芯片测试中的应用安捷伦太阳能测试方案,Page 34,航空应用与民用太阳能,航天器的太阳能帆板供电太阳能发电站为电网供电民用太阳能,太阳能发电系统的结构Example Topology Terrestrial Grid Connected,居住或商用电网,电力网,MPPT,光伏电池组件,DC/DC转换器,蓄电池,DC/AC转换器,Also used in non-grid connected appli

20、cations where ac power is needed but grid connection is not an option.Includes items such as remote microwave towers and base stations,etc.,最大功率峰值跟踪,Page 37,Solar Array,BusVoltage,Battery,Shunt Switch,GND,Control&Monitor,5V,24V,12V,Satellite Payload and sub-system,Battery,DC/DCRegulator,地面供电测试系统的典型方

21、案：,太阳能帆板供电仿真E435X,E436X 太阳能仿真电源,二次电源供电仿真N6705A直流源/分析仪,负载仿真N3300多路直流电子负载,航空器地面供电测试系统结构,光伏电池组件的测试,光伏电池组件通常由多个单元串联或并联连接而成，有多种输出电压/电流组合，但输出功率通常在50 300 W左右.对电池模块的测试与对电池单元的测试类似，主要包括模块的开路电压，短路电流，最大功率点和I-V特性曲线，以及温度对输出特性的影响。测试仪器：电子负载：用于控制工作点在I-V曲线上的位置，电子负载可以工作在恒压或恒流状态下，精确控制光伏组件的输出工作点多路数据采集设备：采用扫描方式，精确采集光伏电池输

22、出的电压、电流、环境温度等参数，并记录数据用于组件的后续特性分析,对光伏电池模块的测试,使用IEC标准光源，通常1000w/电子负载通常需要5V/10A150V/15A输入量程转换效率一般在10%40%（依据不同材料）,安捷伦电子负载和数据采集设备,电子负载N3300A 灵活的模块化模块化结构，可以处理各种功率的光伏电池模块:最大功率 1,800W，单个负载模块功率从150600W 负载模块可以同时进行输入电压、电流、功率测量 内置出发功能和高速数据采集功能，可以用于闪光灯光照测试时的电压、电流波形快速捕捉数据采集34970/80A 内置6-1/2位数字万用表，可以直接进行电压、电流、电阻、温

23、度等11种测量，配合不同插卡可以进行多通道数据扫描和采集 可以直接使用热电偶，热敏电阻或铂电阻进行温度测量 34970A作为紧凑的低成本数采解决方案，最多可以进行60通道数据扫描。34980A带有LXI,USB和GPIB接口，最多可以进行560通道双线数据扫描，是多通道数据采集的最佳选择,I-V特性曲线测试结果：,设置电子负载在恒压（CC）模式下，改变环境温度并测试I-V曲线，例子中开路电压 Voc 100V,短路电流Isc 1.6A设置电子负载在恒压（CC）模式，测试不同光照条件下的I-V曲线,太阳能电池单元模块测试方案,Page 42,February 2009,系统配置：N6705A+N

24、6754A(直流源分析仪)N3300A+N3305A(电子负载)34970A+34901A(多路数据采集)82357B+GPIB cables(GPIB控制器)SoftwareTest FunctionsDark IVPhotoVoltaic IVMPPT reliability,设计验证DC-DC转换器峰值功率跟踪电路Example Topology Terrestrial Grid Connected,Residential or Commercial Internal wiring,Power Grid,MPPT,太阳能电池模块,DC/DCConverter,BatteryOptiona

25、l,DC/ACSwitchingInverter,Also used in non-grid connected applications where ac power is needed but grid connection is not an option.Includes items such as remote microwave towers and base stations,etc.,最大功率峰值跟踪,设计验证DC-DC转换器峰值功率跟踪电路 MPPT 最大峰值功率跟踪,MPPT 持续、动态的查找太阳能电池模块输出I-V曲线上的最大功率点MPPT 电路与 DC-DC 转换器结合

26、，使得太阳能电池模块输出功率与负载所需功率之间达到最佳匹配MPPT电路内置智能算法，可以根据温度，光照强度和负载变化，动态的控制光伏模块工作在最大输出功率点上,新一代太阳能方阵模拟器,E4360A 主机,E4361A 65V,8.5A,510WModule,E4362A 130V,5A,600WModule,E4361/62A 电源模块,E4350/51A 上一代太阳能方阵模拟器,太阳能方阵仿真电源,三种工作模式：Fix Mode:普通电源模式Table Mode:列表模式通过一些列电压电流点，描述I-V输出特性曲线，并通过电源复现太阳能方阵输出特性SAS Mode:方阵模式通过提供4个参数点

27、（开路电压点Voc，短路电流点Isc，最大功率点电压Vmp，最大功率点电流Imp），根据函数模拟输出I-V曲线,列表模式下可以产生更加真实复杂的输出特性曲线,根据Voc,Isc,Vmp,Imp计算 I-V 曲线,使用E4360A太阳能仿真电源对DC-DC converter电路的测试,开发和验证换器电路和MPPT电路以及内部算法测量和验证转换器效率验证光伏电池板输出电压分别为上下极限值时，转换器可以向电网提供的电压值以及对电网的影响进行质量验证测试 确保转换器在真实环境下能够正常工作加速寿命验证测试，在几周内完成相当于几年使用频率的寿命测试进行标准测试,MPPT,DC/DCConverter,最大功率峰值跟踪,总结：,安捷伦太阳能光伏发电系统提供了测试方案原材料的I-V特性测试：二极管特性，高精度电源测量光照条件下的I-V特性测试：使用电子负载和多路数采MPPT和逆变器电路的测试：由于光伏板输出I-V曲线的特殊性，需要使用太阳能方阵模拟器仿真输出特性进行测试,