新型六位半数字电压测量模块助力突破工业精密测量边界

时间:2024-02-22 13:52来源:

摘要:俗话说“差之毫厘,谬以千里”,在当下精密工业领域,仪表测量的精确性直接影响生产过程中的自动化控制水平及设备工作的安全可靠性。

俗话说“差之毫厘,谬以千里”,在当下精密工业领域,仪表测量的精确性直接影响生产过程中的自动化控制水平及设备工作的安全可靠性。电压,作为电力系统中的基本参数之一,如何借助小尺寸且易于系统集成的高可靠性单元实现精确测量,成为众多领域客户提出的创新性需求。作为全球领先的半导体技术提供商,ADI开创性推出了新型六位半数字电压测量模块,大大降低了实现精确电压测量的门槛。 
多种场景下的高精度电压信号采集挑战如何破?
 
事实上,无论是在电子系统设计中进行电压采样和功耗测试,还是在半导体自动化测试过程中控制和监测输入电压以保障测试的精确度,或是在实验室环境中利用数字电压测量单元确保实验结果的精确性和可重复性,高精度电压信号的采集在多领域多场景下已成为“刚需”。
 
以半导体自动化测试ATE流程为例,随着现代芯片尺寸的不断缩小和集成的晶体管数量的持续增加,芯片在负载运行时,电流通过众多晶体管导致的电压下降若在测试阶段未被及时发现,可能会给芯片带来一系列后续问题,例如信号完整性降低、时序噪声增加、功耗升高、性能衰减等。
 
利用ATE对单个或多个器件进行一系列测试,对产品质量的评估和确保良率至关重要。具体来说,需要对引脚电子(PE)生成激励待测物的信号并获得其反馈,因此需要提供精确的电压信号源;而精密测量单元(PMU)则驱动电流流入器件以测量电压,或施加电压以测量由此产生的电流,其生成的电压精度也是评价该测试设备性能的一个重要方面。因此,在ATE测试的多个流程中,电压的高精度测量是必需的步骤,或者需要在设备端添加校准器以确保提供精确电压对待测物进行测试。
 
另一个对高精度电压测量有着迫切需求的典型场景是锂电池的分容化成。得益于新能源汽车的快速发展和储能等新兴产业的兴起,锂电池市场的需求日益增长,而良好的制造工艺则是确保锂电池性能优势的关键。分容化成是锂电池生产过程中不可或缺的工序,它直接关系到锂电池的首次效率、循环使用寿命、热稳定性和安全性能。在这一过程中,精确的电压测量至关重要,它能够确定电池所需的安全裕度,从而确保性能。为了提升分容化成设备的整体测量精度,高精度电压校准器能够保障设备在稳定工况下的运行。考虑到化成过程中对温度的严格要求,低温度漂移特性也成为校准器的一项重要特性。
 
高性能集成式模块化方案开启精密电压测量新纪元
 
在这些应用场景的推动下,与使用传统的大型高精度桌面式电压表进行测量相比,越来越多的企业倾向于将高精度的电压测量单元集成到产线或系统设备端。正因为看到客户仅需进行电压测量或计算基于电压测量值的相关参数如电流、功耗等,ADI特别为针对工业场景的这类需求推出了新型六位半集成式数字电压测量模块。
 
通常而言,六位半精度意味着测量值可显示的第一位数字仅限于正负号和0/1,称之为½位,而其它位数则可显示0~9,称之为一位。因此,六位半数字电压测量模块的显示数值范围在-1999999至1999999之间,若需测量极小电压值,只需将电压测量模块调至低电压档位,以六位半的精度通常能测到100nV级别的电压信号。
 
对于具备一定基础的仪表开发人员或电子爱好者而言,使用分立的ADC、放大器与高精度基准电压等器件自制三位半或四位半的数字电压测量模块可能相对容易,但要设计出具有六位半精度的产品方案,并尽量缩小产品尺寸,无疑是一个巨大的挑战。无论是低噪声、小信号放大、长期稳定性,还是高精度电压基准、低温漂特性,这些关键要素都足以构成六位半数字电压测量单元设计过程中难以克服的“九九八十一难”。
 
凭借在模拟和混合信号处理领域的先进技术和客户服务经验,ADI将模拟器件与增益设置电阻网络等高精密测量单元集成到即插即用的模块中,开发出了新型六位半数字电压测量模块化方案ADMX3652。该模块尺寸仅为77.7mm x 46.3mm x 20mm,差不多与普通名片一样大,支持双通道电压测量,测量范围为±20V,提供20V/2V/0.2V三种档位的手动与自动调整,极大地方便了客户的使用。
 
此外,得益于ADI经验丰富的工程师们对器件特性的精准掌握和调校,ADMX3652展现了业界领先的低噪声、高精度和长期稳定性,发布后的实际使用测试显示,在2V档下,90天内的准确度优于25ppm。不仅如此,ADMX3652还支持自动零点校准(Auto Zero)、工频周期滤波(NPLC)和满量程校正功能,并具备输入端的过压保护,能够在0至45°C的环境条件下正常工作,便于系统集成或适应客户定制的测量系统。凭借其在电压测量上的卓越性能,ADMX3652还可以帮助客户完成相关电源IC产品的规格认证。
 
ADI一直秉持为客户提供高质量、可节省时间并加快交付的解决方案,ADMX3652同样出自经ADI官方认证的生产线,维持了一贯的高品质标准,且其深入的模块化继承技术确保了出色的噪声控制和线性度,提供1KSPS的数据传输速率和精确测量,可通过UART接口进行控制,支持SCPI协议,能够轻松实现高效、稳定、可靠的生产测试和测量设计。
 可拓展性释放创新潜能,高精度电压测量覆盖广阔应用场景 
ADMX3652的主要优势在于其名片般的小尺寸便实现了超高精度的电压测量,对客户来说,
这使得其能够轻松地将其集成到系统中,利用MCU或FPGA通过UART接口发送指令来操控这款六位半数字电压测量模块,进而有助于降低系统的测试成本,使其能更专注于自己擅长的领域进行研发,拓宽更多潜在市场。
为此,ADI还提供了与这款六位半数字电压测量模块相配套的接口板,与之连接后即可转换为移动式电压测量模块,通过完善的图形化用户界面(GUI)进行操作,利用数据记录功能,将Excel中的数据转换成图表,在电脑上就能清楚地看到待测对象电压值的变化,并可有效地记录每一次测量数据,使客户可以将ADMX3652无缝集成到测试系统中,免去了派遣工程师前往现场进行定期设备校准的必要,实时监测设备的电压,从而节约了人力成本。此外,由于ADMX3652具备双通道电压测量功能,因此仅需外接一个分流电阻,便可根据其中一个通道中测得的电压计算出相应电流,得出待测对象的功耗,有利于及时排查和预警设备故障等问题。 
可以轻松实现系统集成是ADMX3652的另一显著优势。集成化方案可以回避传统分立器件方案开发高精度信号链不可承受的开发成本和长开发周期,尤其是在那些各类传感器的信号调理量测场景中,鉴于其适用的具体应用类别多样而分散,如果为每款传感应用单独配置测量单元,产品方案开发成本将会非常高。而采用模块化设计的ADMX3652数字电压测量单元在保持高精度测量的同时,缩短系统开发周期,加速产品推向市场。
 
在一些科学研究的测量中,例如水质分析和空气电离分析,也可以通过传感器前端的数据采集使用ADMX3652进行精密电压测量,通过数据分析获取相应的科学指标。据悉,当前已有客户正在使用ADMX3652测量样品电压以检测水质纯度,等等。
 
精密仪器是适合现场服务和自动测试以及研发和校准实验室等各种应用,ADI长期以来提供各种独特的精密测量产品系列,借助先进的半导体和封装技术,为此类应用中实现电气参数测量的下一代电子测试和测量解决方案奠定了坚实的基础,推动了未来电子系统的研究、开发和生产。ADMX3652的问世,则是ADI不断深入了解客户实际应用需求,在细分化的市场需求之下推出的模块化解决方案,可满足高精度和低成本电压监测的广泛应用需求,未来这款新型六位半数字电压测量模块将持续升级迭代,帮助更多的企业开发更多具有潜力的应用市场。
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