Nouvelles SMU pour optimiser la durée de vie de la batterie dans l'IoT et les semi-conducteurs

Rohde &Schwarz a annoncé son entrée sur le marché des unités de mesure source (SMU), avec deux nouveaux instruments pour analyser et optimiser les tests de durée de vie des batteries pour les applications Internet des objets (IoT) et pour les tests de composants semi-conducteurs.

La nouvelle série d'unités de mesure de source (SMU) R&S NGU est lancée avec deux modèles, R&S NGU201 et R&S NGU401. Ces unités marquent l'entrée de Rohde &Schwarz sur un nouveau marché, offrant des produits qui permettent la génération et la mesure simultanées de courant et de tension. Il s'agit d'une classe d'instruments qui peuvent simultanément fournir une tension ou un courant dans un mode bien contrôlé et mesurer la correspondance des valeurs de tension et de courant sur l'appareil testé. Le R&S NGU201 à deux quadrants cible les tests de batterie des appareils sans fil, tandis que le R&S NGU401 à quatre quadrants peut passer à des tensions négatives et prend en charge une plage de tension beaucoup plus large, pour les tests de semi-conducteurs.

Philipp Weigell, directeur de la gestion des produits et de la planification des produits d'alimentation, des compteurs, des sources et des analyseurs audio chez Rohde &Schwarz, a déclaré que la véritable définition d'une unité de mesure de source est celle qui fournit des fonctions d'approvisionnement, de chargement et de mesure très précises. Le NGU401 haut de gamme correspond à la définition stricte d'une SMU, en ce sens qu'il fournit un fonctionnement de source ou de puits à quatre quadrants avec une polarité arbitraire ; cela le rend idéal pour tester et caractériser les semi-conducteurs. Les deux autres secteurs clés abordés par les nouvelles SMU sont l'électronique de précision, ainsi que la recherche et l'éducation.

Définition de la SMU

Un SMU est un instrument qui combine une fonction de génération de signal et une fonction de mesure sur la même broche ou connecteur. Il peut générer une tension ou un courant et les mesurer simultanément, englobant efficacement la capacité d'une alimentation électrique ou d'un générateur de formes d'onde, d'un multimètre numérique, d'une source de courant et d'une charge électronique.

Les instruments SMU sont utilisés dans les systèmes de test pour mesurer à la fois la tension et le courant. Ils permettent des mesures rapides de courants (ou de tensions) en fonction d'une tension (ou d'un courant) variable tout en disposant d'une interface graphique et de plusieurs options de calcul et de bus système tels que GPIB, Ethernet et USB.

Les SMU permettent la caractérisation de nombreux semi-conducteurs et, en particulier, la mesure précise des paramètres I-V et des caractéristiques des cellules photovoltaïques ou des diodes LED, y compris le courant de court-circuit, la tension en circuit ouvert et le point de puissance maximale. La caractérisation des semi-conducteurs est un exemple d'application qui nécessite des sensibilités de courant de l'ordre du nano ou du micro-amp. De plus, la demande d'une plus grande précision, d'une vitesse élevée, d'une détection de tension à distance et de mesures à quatre quadrants peut rendre insuffisante une alimentation électrique programmable traditionnelle.

L'instrument SMU est un élément d'approvisionnement de précision qui fournit une résolution de mesure inférieure à 1 mV. Ils ont des sorties à quatre quadrants sur un plan IV, ce qui signifie qu'ils peuvent fournir une tension et un courant positifs (Quadrant 1), une tension négative et un courant positif (Quadrant 2), une tension négative et un courant négatif (Quadrant 3), ou une tension positive et un courant négatif (Quadrant 4).

Les nouvelles unités

Les circuits modernes nécessitent différents niveaux de tension et/ou de courant dans différents états de fonctionnement. Par exemple, simuler une séquence de démarrage d'un système embarqué nécessite des profils de tension et de courant particuliers. L'analyse du profil est essentielle pour optimiser la consommation actuelle.

Les SMU R&S NGU comprennent six plages de courant, de 10 µA avec une résolution de 100 pA à 10 A avec une résolution de 10 µA. Pour toutes les plages, une précision jusqu'à 0,025 % est atteinte. La tension est mesurée avec une résolution de 10 µV dans la gamme 20 V et de 1 µV dans la gamme 6 V. Le R&S NGU dispose d'un mode de capacité variable qui peut être ajusté par pas de 1 µF à 470 µF, compensant la capacité de sorte que le courant s'affiche comme s'il était mesuré directement sur l'appareil testé. Les appareils jusqu'à 20 V, 8 A et 60 W sont pris en charge.

Le plus gros marché pour le R&S NGU401 à quatre quadrants est celui des tests de semi-conducteurs. Il fournit des mesures dans la plage de –20 V à 20 V. Il comprend un mode de réglage rapide du courant pour éviter d'endommager les appareils sensibles tels que les LED. Une sortie dédiée transforme l'instrument en source CA pour simuler des problèmes.

Le R&S NGU201 à deux quadrants est optimisé pour l'analyse des performances de la batterie pour une gamme d'appareils IoT. Les concepteurs peuvent l'utiliser pour simuler les caractéristiques de la batterie du monde réel. Avec son courant maximum de 8 A, l'instrument prend également en charge les applications de charge rapide.

Weigell a souligné à quel point il est essentiel de simuler et de tester des batteries rechargeables pour offrir de meilleures performances dans les appareils portables. Une surcharge et une décharge intense réduisent la durée de vie de la batterie et peuvent induire des problèmes thermiques tels qu'une surchauffe. "De nombreuses batteries sont construites en mettant de nombreuses cellules en parallèle", a déclaré Weigell. « Dans ces cas, il est essentiel de contrôler l'état de charge; des valeurs différentes peuvent limiter la capacité globale de la batterie. Par conséquent, il est essentiel de tester les systèmes de gestion des batteries qui surveillent et contrôlent l'état des batteries. Les tests doivent simuler toutes les conditions pouvant survenir pendant le fonctionnement. Pour définir un modèle de batterie, les données de la batterie peuvent être saisies dans un tableau prédéfini. L'alimentation R&S NGU simule les performances de sortie réelles de la batterie. »

Avec un taux d'acquisition pouvant atteindre 500 kéchantillons par seconde, les résultats de tension et de courant sont disponibles toutes les 2 µs. Le R&S NGU utilise la technologie d'amplificateur de retour de courant pour fournir une haute précision, comme indiqué dans la figure ci-dessous.

La durée de vie de la batterie est un facteur gagnant qui peut offrir aux appareils portables une longue durée de vie. Une plage dynamique élevée (nA à A), une résolution temporelle (commutateurs d'état) et la simulation de différentes batteries sont les principales caractéristiques qu'une instrumentation typique doit avoir.

« L'alimentation électrique typique régulerait la tension, donc si vous réglez la tension, le courant augmente et pourrait détruire votre LED », a déclaré Weigel. « Donc, essentiellement, ce dont vous avez besoin, c'est d'une alimentation qui régule le courant, en mode priorité courant. Et c'est une chose que vous trouverez également dans les PME."

Ces derniers temps, la demande croissante de produits plus économes en énergie et respectueux de l'environnement a contribué à revitaliser l'industrie des semi-conducteurs de puissance. Les SMU permettent la caractérisation de nombreux semi-conducteurs et trouveront une place sur les marchés automobile et mobile pour la caractérisation des batteries, qui prennent de plus en plus d'importance.