SMU baru untuk mengoptimalkan masa pakai baterai di IoT dan semikonduktor

Rohde &Schwarz telah mengumumkan masuknya mereka ke pasar unit pengukuran sumber (SMU), dengan dua instrumen baru untuk menganalisis dan mengoptimalkan pengujian masa pakai baterai untuk aplikasi internet of things (IoT) dan untuk pengujian komponen semikonduktor.

Seri unit pengukuran sumber (SMU) R&S NGU baru diluncurkan dengan dua model, R&S NGU201 dan R&S NGU401. Unit-unit ini menandai masuknya Rohde &Schwarz ke pasar baru, menawarkan produk yang memungkinkan pembangkitan dan pengukuran arus dan tegangan secara simultan. Ini adalah kelas instrumen yang secara bersamaan dapat memberikan tegangan atau arus dalam mode yang terkontrol dengan baik dan mengukur korespondensi nilai tegangan dan arus pada perangkat yang diuji. R&S NGU201 dua kuadran menargetkan pengujian baterai perangkat nirkabel, sedangkan R&S NGU401 empat kuadran dapat beralih ke tegangan negatif dan mendukung rentang tegangan yang jauh lebih luas, untuk pengujian semikonduktor.

Philipp Weigell, direktur manajemen produk dan perencanaan untuk produk daya, meter, sumber, dan penganalisis audio di Rohde &Schwarz, mengatakan definisi sebenarnya dari unit pengukuran sumber adalah unit yang menyediakan fungsi sumber, pemuatan, dan pengukuran yang sangat tepat. NGU401 kelas atas cocok dengan definisi ketat SMU, karena menyediakan operasi empat sumber atau sink empat kuadran dengan polaritas arbitrer; ini membuatnya cocok untuk menguji dan mengkarakterisasi semikonduktor. Dua sektor utama lainnya yang ditangani oleh SMU baru adalah elektronik presisi, serta penelitian dan pendidikan.

Mendefinisikan SMU

SMU adalah instrumen yang menggabungkan fungsi pembangkit sinyal dan fungsi pengukuran pada pin atau konektor yang sama. Alat ini dapat menghasilkan tegangan atau arus dan mengukurnya secara bersamaan, yang secara efektif mencakup kemampuan catu daya atau generator bentuk gelombang, multimeter digital, sumber arus, dan beban elektronik.

Instrumen SMU digunakan dalam sistem pengujian untuk mengukur tegangan dan arus. Mereka memungkinkan pengukuran cepat arus (atau voltase) sebagai fungsi voltase (atau arus) variabel sambil memiliki antarmuka grafis dan beberapa opsi komputasi dan bus sistem seperti GPIB, Ethernet, dan USB.

SMU memungkinkan karakterisasi banyak semikonduktor dan, khususnya, pengukuran akurat parameter IV dan karakteristik sel fotovoltaik atau dioda LED, termasuk arus hubung singkat, tegangan rangkaian terbuka, dan titik daya maksimum. Karakterisasi semikonduktor adalah contoh aplikasi yang membutuhkan sensitivitas arus dalam rentang nano atau mikro-amp. Selain itu, tuntutan akan akurasi yang lebih tinggi, kecepatan tinggi, penginderaan tegangan jarak jauh, dan pengukuran empat kuadran dapat membuat catu daya tradisional yang dapat diprogram tidak mencukupi.

Instrumen SMU adalah elemen sumber presisi yang memberikan resolusi pengukuran kurang dari 1 mV. Mereka memiliki output empat kuadran pada bidang IV, yang berarti mereka dapat memberikan tegangan dan arus positif (Kuadran 1), tegangan negatif dan arus positif (Kuadran 2), tegangan negatif dan arus negatif (Kuadran 3), atau tegangan positif dan arus negatif (Kuadran 4).

Unit baru

Sirkuit modern memerlukan tingkat tegangan dan/atau arus yang berbeda dalam keadaan operasi yang berbeda. Misalnya, mensimulasikan urutan startup dari sistem tertanam memerlukan profil tegangan dan arus tertentu. Analisis profil sangat penting untuk mengoptimalkan konsumsi saat ini.

SMU R&S NGU mencakup enam rentang arus, dari 10 A dengan resolusi 100-pA hingga 10 A dengan resolusi 10-µA. Untuk semua rentang, akurasi hingga 0,025% tercapai. Tegangan diukur dengan resolusi 10 V pada rentang 20-V dan 1 V pada rentang 6-V. R&S NGU menampilkan mode kapasitansi variabel yang dapat disesuaikan dalam langkah-langkah dari 1 F hingga 470 F, mengkompensasi kapasitansi sehingga arus ditampilkan seolah-olah diukur langsung pada perangkat yang diuji. Perangkat hingga 20 V, 8 A, dan 60 W didukung.

Pasar terbesar untuk R&S NGU401 empat kuadran adalah dalam pengujian semikonduktor. Ini memberikan pengukuran dalam kisaran –20 V hingga 20 V. Ini mencakup mode penyesuaian arus cepat untuk menghindari kerusakan pada perangkat sensitif seperti LED. Output khusus menjadikan instrumen sebagai sumber AC untuk mensimulasikan gangguan.

R&S NGU201 dua kuadran dioptimalkan untuk analisis kinerja baterai untuk berbagai perangkat IoT. Desainer dapat menggunakannya untuk mensimulasikan karakteristik baterai dunia nyata. Dengan arus maksimum 8 A, instrumen ini juga mendukung aplikasi pengisian cepat.

Weigell menyoroti betapa pentingnya mensimulasikan dan menguji baterai isi ulang untuk menghadirkan kinerja yang lebih baik di perangkat portabel. Pengisian daya yang berlebihan dan pengosongan yang berlebihan mengurangi masa pakai baterai dan dapat menyebabkan masalah termal seperti panas berlebih. “Banyak baterai dibuat dengan menempatkan banyak sel secara paralel,” kata Weigell. “Dalam kasus ini, sangat penting untuk mengontrol status pengisian; nilai yang berbeda dapat membatasi kapasitas keseluruhan baterai. Oleh karena itu, sangat penting untuk menguji sistem manajemen baterai yang memantau dan mengontrol status baterai. Pengujian harus mensimulasikan semua kondisi yang mungkin terjadi selama operasi. Untuk menentukan model baterai, data baterai dapat dimasukkan dalam tabel yang telah ditentukan sebelumnya. Catu daya R&S NGU mensimulasikan kinerja keluaran baterai yang sebenarnya.”

Dengan tingkat akuisisi hingga 500 ksample per detik, hasil tegangan dan arus tersedia setiap 2 s. R&S NGU menggunakan teknologi penguat umpan balik saat ini untuk memberikan akurasi tinggi, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Masa pakai baterai adalah faktor pemenang yang dapat menawarkan perangkat portabel masa pakai yang lama. Rentang dinamis tinggi (nA hingga A), resolusi waktu (saklar status), dan simulasi baterai yang berbeda adalah fitur utama yang harus dimiliki instrumentasi biasa.

“Suplai daya biasa akan mengatur voltase, jadi jika Anda mengatur voltase, arus naik dan mungkin merusak LED Anda,” kata Weigell. “Jadi intinya, yang Anda butuhkan adalah catu daya yang mengatur arus, dalam mode prioritas saat ini. Dan ini adalah hal yang juga akan Anda temukan di SMU.”

Belakangan ini, meningkatnya permintaan akan produk yang lebih hemat energi dan ramah lingkungan telah membantu merevitalisasi industri semikonduktor daya. SMU memungkinkan karakterisasi banyak semikonduktor dan akan mendapatkan tempat di pasar otomotif dan seluler untuk karakterisasi baterai, yang menjadi semakin penting.