什么是信号源测量单元?

发布者:CelestialLight最新更新时间:2018-03-31 来源: 21ic关键字:信号源  测量单元 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

什么是信号源测量单元?

图1. 一个ADALM1000 SMU通道的框图。

 

ADALM1000本质上是一款信号源测量单元,但也可将其视为独立的 示波器和函数发生器。但当分而视之时,由于输出功能(发生器)和输入功能(示波器)共用一个引脚,因此一次只能使用一个功能。

 

可编程信号源测量单元为什么很重要?

 

对于某些类型的测试,可编程仪器可能并不重要。您可能只想读取一次或少量次数。但有很多情况下,可能需要收集大量数据,以便生成性能随时间变化的曲线或图表。不过,手动操作的话会非常耗时且易于出错。

 

还有大量不同的实验要求自动收集数据以获得更快速或更准确的测量结果,或者获取长时间尺度(数月甚至几年)的测量结果。此时,您肯定需要一台计算机来收集数据并将其导出到数据库中进行分析。

 

为什么需要负电压?

 

不是所有实验都需要负电压,在某些情况下,您可以避免使用。但是,如果施加正电压或负电压,许多不同类型的器件会以不同方式工作。为充分了解此类器件的工作原理,我们需要能够改变所施加电压的符号。ADALM1000中的每个SMU通道只能产生0 V至5 V的电压(相对于地)。它提供固定的2.5 V和5 V输出,这些输出既能流出电流,也能吸入电流。DUT可以连接在2.5 V输出和SMU输出之间,而不是接地,以将DUT电压从–2.5 V扫描到+2.5 V。此外,由于ADALM1000有两个SMU,所以DUT可以连接两个SMU输出之间。一个通道从0 V扫描到5 V,另一个通道从5 V扫描到0 V,DUT两端的电压便是从–5 V到+5 V。

 

举个例子,考虑一个二极管——这种器件仅允许电流沿一个方向通过其中。为了评估二极管是否正常工作,我们需要看看两个方向的电流是否均能通过其中。检查方法有两种。我们可以在一个方向测量二极管,再手动转向,测量另一个方向,然后将数据组合在一起。然而,如果我们施加正电压和负电压,那么只需测量电流就行了。事实上,这种技术非常有用,常被用来表征很多具有类二极管行为的器件,太阳能电池和发光二极管就是很好的例子。图2显示如何将二极管连接到ADALM1000以扫描–5 V至+5 V电压。

 

什么是信号源测量单元?

图2. 从–5 V到+5 V扫描二极管。

 

通道A编程为从0 V扫描至5 V,而通道B编程为从5 V扫描至0 V,通道间的差值出现在电阻两端,用于限制电流和二极管。时域波形如图3所示。绿色曲线是通道A电压,橙色曲线是通道B电压,黄色曲线是通道B电流(通道A电流未显示,其与通道B电流刚好相反)。

 

什么是信号源测量单元?

图3. 电压和电流波形与时间的关系。

 

我们可以将这些测量数据彼此对照以绘制成图,并同时进行一些简单的数学计算。我们想绘制的是通过二极管的电流与二极管两端电压的关系。为了计算二极管两端的电压,我们可以从通道A和通道B的电压之差中减去电阻上的压降 (V = I×R)。下面的Python方程式(用在ALICE中)可执行该计算:

 

什么是信号源测量单元?

 

其中100为电阻的值。二极管电流与该方程式的关系曲线如图4所示。

 

什么是信号源测量单元?

图4. 二极管电流与–5 V至+5 V电压的关系。

 

信号源测量单元有何用途?

 

许多日常物品都会通过SMU进行测试,作为工厂测试和质量控制流程的一部分。家中照明使用的LED灯和屋顶上安装的太阳能面板,都已利用SMU进行测试,这是制造过程的一部分。

 

ADALM1000专为正在研究下一代电子设备的工程专业学生使用而设计。从碳纳米管、量子阱异质结构到生物膜、生物传感器,要了解大量材料和器件如何导电,必须使用SMU。简言之,您可以利用ADALM1000去了解任何器件在DC或低频、–5 V至+5 V电压范围内的电气特性,并测量±0.1 mA至180 mA的电流。

 

能否举一个需要信号源测量单元的具体测量例子?

 

以太阳能电池为例。在研究实验室,工程师们正在寻找让太阳能电池效率更高、成本更低的方法。为了解太阳能电池的工作效能,实验室生产了一种小型测试器件,其尺寸可能只有几平方毫米到几平方厘米,然后表征其性能。这些测试电池太小,不足以产生超过照明功率(例如单个LED)的任何可用功率,但它们足以表征基本工作范围和效率。作为例子的这家实验室采用ADALM1000测量小型太阳能电池。

 

太阳能电池的关键特性是其将太阳能转化为电能的效率。为此,可以用已知强度的光照射测试电池,然后测量每单位面积产生的电功率。功率等于电压乘以电流,所以从测量所产生的端电压 (V) 和电流 (I) 开始。

 

要测量所产生的电压,可以在照射的时候将一个电压表连接在电池端子上。同样,在电池端子上连接一个电流表可以测量电流。将测得的电流除以太阳能电池的面积,便得到电流密度。

 

但有一个问题:用电流(或电流密度)乘以电压只能告诉我们,如果我们有一个理想器件,可以产生多少功率(或单位面积的功率)。原因是电压表的内阻几乎是无限大,当用它测量电压时,不会有电流流过。这种情况下产生的是零功率(实测电压 × 零电流 = 零)。这种测量称为开路电压测量。类似地,当把电流表放在端子上测量电流时,我们是在太阳能电池短路的情况下测试电池,因为电流表的内阻几乎为零。在这种情况下,存在电流但未施加电压。同样不会产生任何功率(实测电流×零电压=零)。这种测量称为短路电流测量。

 

对于任何实际的太阳能电池,其输出电压将取决于所产生的电流大小,这就是为什么使用SMU的原因——在测量电流变化的同时可以改变电压。

 

图5显示了某一小型太阳能电池(来自太阳能庭院灯的3 cm × 3 cm太阳能电池)的典型IV曲线。电流进入SMU通道(被其吸收),所以电流为负值。0 V时的电流是短路电流,0电流时的电压是开路电压。

 

什么是信号源测量单元?

图5. 太阳能电池I与V的曲线。x轴:电压 (V);y轴:电流I (mA)。

 

IV曲线告诉我们电压和电流如何变化,而且我们可以据此计算太阳能电池产生的实际功率量。图6所示为功率 (mW) 与电池电压的关系曲线。功率就等于V × I。下面的Python方程计算功率(单位为mW):

 

什么是信号源测量单元?

 

什么是信号源测量单元?

图6. 太阳能电池功率与电压的关系。x轴:电压 (V);y轴:P – mW。

 

图中的峰值是产生最大功率的点(所谓最大功率点)。SMU吸收电池产生的功率,所以功率为负值。

 

如果使用图2中的技术,我们也可以在施加负电压(反向偏置)时测量太阳能电池。这给我们提供了一些有用信息。首先,它告诉我们该器件在反向偏置下不会击穿。这表明该器件质量很好。其次,它告诉我们是否有任何额外的可用电流。通过施加负电压,我们可以有效地从器件中吸取电荷,否则这些电荷不会出来。虽然这些吸取的电荷不能用来产生功率(我们此时实际上是将功率注入器件,而不是提取能量),但通过它我们可以了解一些光电流损失机制。因此,测量IV曲线是太阳能电池开发和优化中最重要的工具之一。同样,获得IV曲线对于了解各类其他器件,包括LED和OLED、晶体管、传感器等等,也非常重要。

 

什么是信号源测量单元?

图7. ADI公司信号源测量单元ADALM1000。


关键字:信号源  测量单元 引用地址:什么是信号源测量单元?

上一篇:你示波器的波形捕获率真的有那么高吗?
下一篇:利用示波器检测并分析电气快速瞬变事件

推荐阅读最新更新时间:2024-03-30 23:36

Simulink模块库介绍(一)——信号源模块
目录 simulink模块库中提供了丰富的信号源模块组。本人接触和使用simulink的时间也比较长了,将模块逐一介绍,算是做个总结吧 Clock模块 通过时钟模块,输出的时间作为判断呢,如下图,前2s之前为高斯白噪声,后2s为正弦曲线,共计10s。 Digital Clock模块 数字时钟模块主要用于离散系统的计时,sample time表示采用时间,如下图:分别是1s和0.5s的采样时间 Band-Limited White Noise模块 其属性窗口可以设置: Noise Power:白噪声PSD的幅度 Sample Time:采样时间 Seed:随机数信号发生器的初始种子 Chirp Signal模块 Ch
[测试测量]
Simulink模块库介绍(一)——<font color='red'>信号源</font>模块
电源测量单元(SMU)
SMU是一种精确供电设备,它不仅可以提供测量分辨率小于1mV的电压源,还可以提供测量分辨率低于1uA的电流源。SMU还提供了远端检测功能并拥有集成了双极型电压和吸收功率能力的四象限输出功能。最后,SMU可以提供线性扫描电压和扫描电流,能够获得仪器的IV特性曲线。目前,SMU已经广泛使用于工业中,并且成为了许多自动化测试系统中的常用组成部件。需要了解更多SMU精确特性及其相关应用的信息,请阅读下面对应的段落。 使SMU区别于其它标准电源器件的最显著的特性就是它的高精度。精度定义为可重复性或可再生性。在考虑到仪器的精度时,请记住两个与其相关的主要特性:灵敏度和精确度。 灵敏度 灵敏度定义为仪器可以被检测到的最小的可测量(或
[电源管理]
电源<font color='red'>测量</font><font color='red'>单元</font>(SMU)
小型传感器可快速定位无线信号源
以色列航空工业公司(IAI)日前宣布,其下属子公司——埃尔塔系统有限公司研发的小型移动 传感器 系统,能快速截取并甄别高频无线电通信信号,绘制出可靠的电子信号图谱,从而对信号发射源进行精确定位。新设备可在地面和海上执行高频无线电信号源的探测任务。 以色列航空工业公司称,先进的高频无线电具有低成本超视距通信的能力,同时不会受手机通信网的干扰,在军队、准军事部队以及民用通信中发挥着重要作用,且恐怖分子、非法入境者、海盗和非法捕捞的渔民也经常使用高频无线电通信技术。 现有高频无线电通信信号源探测和定位设备较为笨重,且需要数百米长的大型天线,占据的空间较大。埃尔塔系统有限公司新开发的设备基于ELK-7065 3D高频通信定位器,采用直径仅
[安防电子]
RIGOL举办射频信号源有奖免费体验活动
电子测量仪器先进技术的领先企业普源精电公司(RIGOL)宣布,将于2013年10月8日---12月31日期间,举办DSG3000系列射频信号源有奖免费体验活动(报名网址: http://cn.rigol.com/news/maketing/DSG3000_TryIt.html ) 众所周知,在通用射频信号源市场上,人们可以选择的产品很少,具有6G频率和矢量信号发生能力的射频信号源更是寥寥无几,而且采购成本也让人望而却步。RIGOL本次推出 DSG3000系列射频信号源的有奖免费体验活动,既是对产品性能的高度自信,也是希望为中国工程师提供更好的产品和使用体验。 RIGOL DSG3000系列射频信号源具有远高
[测试测量]
RIGOL举办射频<font color='red'>信号源</font>有奖免费体验活动
利用大功率数字源表构建多源测量单元系统实例
利用测试夹具对封装器件进行测试 吉时利8010型大功率器件测试夹具与2651A以及2657A型大功率系统数字源表一起完善了功率半导体器件测试解决方案。图1给出源测量单元(SMU)仪器与8010型夹具的连接图。在8010型互连参考指南(IRG)中给出详细的器件测试配置实例,可以登录公司网站下载该指南:www.keithley.com。 图1 源测量单元(SMU)仪器与8010型大功率器件测试夹具的连接 定制测试夹具可以包括任意数量的测试用源测量单元(SMU)。对于大电流测试,利用2651A型产品提供的Phoenix螺丝压线端子连接器,可以轻易实现连接。对于使用2657A型产品的最高完整度高压测量,吉时利公司提供定制
[测试测量]
利用大功率数字源表构建多源<font color='red'>测量</font><font color='red'>单元</font>系统实例
100MHz带宽的经济型矢量信号源新选择
由于对更大带宽的持续需求,更高数据速率和更宽带宽的调制方案越来越普遍。测量设备厂家因此设计了更宽带宽,更多调制模式还有更多其他特性的矢量信号源,但也带来了更昂贵的定价。 图1、VSG25A用户界面 Signal Hound用了另一种方法,其他厂家为极高的性能而不惜成本的时候,Signal Hound的矢量信号源VSG25A提供了良好的性能但只需要极低的价格:$495 。VSG25A的频率范围从100MHz到2.5G,功率从-40dBm到+10dBm,并有100M的调制带宽,覆盖了通信的大多频段和ISM(902到928M以及2.4G到2.5G)。频率低端可以工作到80M,但是幅度精度降低了,用以覆盖FM广播频段。VSG25A通
[测试测量]
100MHz带宽的经济型矢量<font color='red'>信号源</font>新选择
基于DSP和CPLD的宽带信号源的设计
  摘要:利用DSP和CPLD来设计宽带信号源,将DSP软件控制上的灵活性和CPLD硬件上的高速、高集成度和可编程性有机地结合起来,一方面使得信号源控制简单、可靠,同时保证产生的信号高速、准确。   关键词:DSP,CPLD,宽带信号源   1 引言   信号源是雷达系统的重要组成部分。雷达系统常常要求信号源稳定、可靠、易于实现、具有预失真功能,信号的产生及信号参数的改变简单、灵活。本文采用DSP和CPLD来设计信号源的控制部分,一方面能利用DSP软件控制的灵活性,另一方面又能利用CPLD硬件上的高速、高集成度和可编程性。使用这种方法可以充分利用软件支持来生成和加载任意波形数据,并能方便地实现对信号参数的控制和对波形数据的随意
[嵌入式]
MSP430学习笔记2-ADC12
开发版型号:SEED—MSP430F5529A 开发工具 :CCS 5.4v 以下内容是CCS中ADC12操作的一些简单的demo,现整理如下: 有关MSP430F5529芯片ADC12相关资料,可参考《MSP430x5xx and MSP430x6xx Family User's Guide (Rev. M)——Chapter 28 ADC12_A》 1:demo描述 Description: A single sample is made on A0 with reference to AVcc. Software sets ADC12SC to start sample and conver
[单片机]
MSP430学习笔记2-ADC12
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
最新测试测量文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved