Novas SMUs para otimizar a vida da bateria em IoT e semicondutores

A Rohde &Schwarz anunciou sua entrada no mercado de unidades de medição de fonte (SMU), com dois novos instrumentos para analisar e otimizar o teste de vida útil da bateria para aplicativos da Internet das coisas (IoT) e para teste de componentes de semicondutores.

A nova série R&S NGU de unidades de medição de origem (SMUs) é lançada com dois modelos, R&S NGU201 e R&S NGU401. Essas unidades marcam a entrada da Rohde &Schwarz em um novo mercado, oferecendo produtos que permitem a geração e medição simultâneas de corrente e tensão. Esta é uma classe de instrumentos que podem fornecer simultaneamente tensão ou corrente em um modo bem controlado e medir a correspondência dos valores de tensão e corrente no dispositivo em teste. O R&S NGU201 de dois quadrantes visa o teste de bateria de dispositivos sem fio, enquanto o R&S NGU401 de quatro quadrantes pode mudar para tensões negativas e suporta uma faixa de tensão muito mais ampla, para teste de semicondutores.

Philipp Weigell, diretor de gerenciamento de produto e planejamento para produtos de energia, medidores, fontes e analisadores de áudio na Rohde &Schwarz, disse que a verdadeira definição de uma unidade de medição de fonte é aquela que fornece fontes muito precisas, carregamento e funções de medição. O NGU401 mais avançado corresponde à definição estrita de uma SMU, pois fornece uma fonte de quatro quadrantes ou operação de dreno com polaridade arbitrária; isso o torna ideal para testar e caracterizar semicondutores. Os outros dois setores-chave abordados pelas novas SMUs são a eletrônica de precisão, bem como a pesquisa e a educação.

Definindo o SMU

Uma SMU é um instrumento que combina uma função de geração de sinal e uma função de medição no mesmo pino ou conector. Ele pode gerar tensão ou corrente e medi-los simultaneamente, abrangendo efetivamente a capacidade de uma fonte de alimentação ou gerador de forma de onda, um multímetro digital, uma fonte de corrente e uma carga eletrônica.

Os instrumentos SMU são usados ​​em sistemas de teste para medir tensão e corrente. Eles permitem medições rápidas de correntes (ou tensões) como uma função de voltagem (ou corrente) variável, enquanto têm uma interface gráfica e várias opções de computação e barramentos de sistema, como GPIB, Ethernet e USB.

SMUs permitem a caracterização de muitos semicondutores e, em particular, a medição precisa de parâmetros I-V e características de células fotovoltaicas ou diodos LED, incluindo corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto e ponto de potência máxima. A caracterização de semicondutores é um exemplo de aplicação que requer sensibilidades de corrente na faixa de nano ou micro amp. Além disso, a demanda por maior precisão, alta velocidade, sensoriamento remoto de tensão e medições de quatro quadrantes pode tornar insuficiente uma fonte de alimentação programável tradicional.

O instrumento SMU é um elemento de fonte de precisão que fornece uma resolução de medição de menos de 1 mV. Eles têm saídas de quatro quadrantes em um plano IV, o que significa que podem fornecer tensão e corrente positivas (Quadrante 1), tensão negativa e corrente positiva (Quadrante 2), tensão negativa e corrente negativa (Quadrante 3) ou tensão positiva e corrente negativa (Quadrante 4).

As novas unidades

Os circuitos modernos requerem diferentes níveis de tensão e / ou corrente em diferentes estados operacionais. Por exemplo, a simulação de uma sequência de inicialização de um sistema embarcado requer perfis de tensão e corrente específicos. A análise de perfil é crítica para otimizar o consumo atual.

As SMUs R&S NGU incluem seis faixas de corrente, de 10 µA com resolução de 100-pA a 10 A com resolução de 10 µA. Para todas as faixas, a precisão de até 0,025% é alcançada. A tensão é medida com uma resolução de 10 µV na faixa de 20-V e 1 µV na faixa de 6-V. O R&S NGU apresenta um modo de capacitância variável que pode ser ajustado em etapas de 1 µF a 470 µF, compensando a capacitância de forma que a corrente seja exibida como se tivesse sido medida diretamente no dispositivo em teste. Dispositivos de até 20 V, 8 A e 60 W são suportados.

O maior mercado para o R&S NGU401 de quatro quadrantes está nos testes de semicondutores. Ele fornece medições na faixa de –20 V a 20 V. Inclui um modo de ajuste de corrente rápida para evitar danos a dispositivos sensíveis, como LEDs. Uma saída dedicada torna o instrumento uma fonte AC para simular falhas.

O R&S NGU201 de dois quadrantes é otimizado para análise de desempenho de bateria para uma variedade de dispositivos IoT. Os designers podem usá-lo para simular as características da bateria do mundo real. Com sua corrente máxima de 8 A, o instrumento também oferece suporte a aplicativos de carregamento rápido.

Weigell destacou como é fundamental simular e testar baterias recarregáveis ​​para oferecer melhor desempenho em dispositivos portáteis. A sobrecarga e a descarga intensa reduzem a vida útil da bateria e podem induzir problemas térmicos, como superaquecimento. “Muitas baterias são construídas colocando muitas células em paralelo”, disse Weigell. “Nestes casos, é fundamental controlar o estado da carga; valores diferentes podem limitar a capacidade geral da bateria. Portanto, é fundamental testar os sistemas de gerenciamento de bateria que monitoram e controlam o estado das baterias. Os testes devem simular todas as condições que podem ocorrer durante a operação. Para definir um modelo de bateria, os dados da bateria podem ser inseridos em uma tabela predefinida. A fonte de alimentação R&S NGU simula o desempenho real de saída da bateria. ”

Com uma taxa de aquisição de até 500 ksamples por segundo, os resultados de tensão e corrente estão disponíveis a cada 2 µs. O R&S NGU usa tecnologia de amplificador de feedback atual para fornecer alta precisão, conforme indicado na figura abaixo.

A vida útil da bateria é um fator vencedor que pode oferecer aos dispositivos portáteis uma longa vida operacional. Alta faixa dinâmica (nA a A), resolução de tempo (mudanças de estado) e simulação de diferentes baterias são os principais recursos que uma instrumentação típica deve ter.

“A fonte de alimentação típica regularia a tensão, então se você regular a tensão, a corrente sobe e pode destruir seu LED”, disse Weigell. “Então, essencialmente, o que você precisa é de uma fonte de alimentação que regula a corrente, no modo de prioridade da corrente. E isso é algo que você também encontrará nas SMUs. ”

Recentemente, a crescente demanda por produtos mais eficientes em termos de energia e ecologicamente corretos ajudou a revitalizar a indústria de semicondutores de energia. As SMUs permitem a caracterização de muitos semicondutores e vão encontrar lugar nos mercados automotivo e móvel para a caracterização de baterias, que estão se tornando cada vez mais importantes.