Nuevas SMU para optimizar la duración de la batería en IoT y semiconductores

Rohde &Schwarz ha anunciado su entrada en el mercado de unidades de medida de fuente (SMU), con dos nuevos instrumentos para analizar y optimizar las pruebas de duración de la batería para aplicaciones de Internet de las cosas (IoT) y para pruebas de componentes semiconductores.

La nueva serie R&S NGU de unidades de medida de fuente (SMU) se lanza con dos modelos, R&S NGU201 y R&S NGU401. Estas unidades marcan la entrada de Rohde &Schwarz en un nuevo mercado, ofreciendo productos que permiten la generación y medición simultánea de corriente y voltaje. Esta es una clase de instrumentos que pueden entregar voltaje o corriente simultáneamente en un modo bien controlado y medir la correspondencia de los valores de voltaje y corriente en el dispositivo bajo prueba. El R&S NGU201 de dos cuadrantes tiene como objetivo la prueba de baterías de dispositivos inalámbricos, mientras que el R&S NGU401 de cuatro cuadrantes puede cambiar a voltajes negativos y admite un rango de voltaje mucho más amplio, para pruebas de semiconductores.

Philipp Weigell, director de gestión y planificación de productos para productos eléctricos, medidores, fuentes y analizadores de audio en Rohde &Schwarz, dijo que la verdadera definición de una unidad de medición de fuentes es aquella que proporciona funciones de abastecimiento, carga y medición muy precisas. El NGU401 de gama alta coincide con la definición estricta de SMU, ya que proporciona una operación de fuente o sumidero de cuatro cuadrantes con polaridad arbitraria; esto lo hace ideal para probar y caracterizar semiconductores. Los otros dos sectores clave abordados por las nuevas SMU son la electrónica de precisión, así como la investigación y la educación.

Definición de SMU

Un SMU es un instrumento que combina una función de generación de señal y una función de medición en el mismo pin o conector. Puede generar voltaje o corriente y medirlos simultáneamente, abarcando efectivamente la capacidad de una fuente de alimentación o generador de forma de onda, un multímetro digital, una fuente de corriente y una carga electrónica.

Los instrumentos SMU se utilizan en sistemas de prueba para medir tanto voltaje como corriente. Permiten mediciones rápidas de corrientes (o voltajes) como una función de voltaje (o corriente) variable mientras tienen una interfaz gráfica y múltiples opciones de computación y buses de sistema como GPIB, Ethernet y USB.

Las SMU permiten la caracterización de muchos semiconductores y, en particular, la medición precisa de los parámetros I-V y las características de las células fotovoltaicas o diodos LED, incluida la corriente de cortocircuito, la tensión de circuito abierto y el punto de máxima potencia. La caracterización de semiconductores es un ejemplo de una aplicación que requiere sensibilidades de corriente en el rango de nano o micro amperios. Además, la demanda de mayor precisión, alta velocidad, detección remota de voltaje y mediciones de cuatro cuadrantes puede hacer que una fuente de alimentación programable tradicional sea insuficiente.

El instrumento SMU es un elemento de suministro de precisión que proporciona una resolución de medición de menos de 1 mV. Tienen salidas de cuatro cuadrantes en un plano IV, lo que significa que pueden proporcionar voltaje y corriente positivos (cuadrante 1), voltaje negativo y corriente positiva (cuadrante 2), voltaje negativo y corriente negativa (cuadrante 3) o voltaje positivo y corriente negativa. (Cuadrante 4).

Las nuevas unidades

Los circuitos modernos requieren diferentes niveles de voltaje y / o corriente en diferentes estados operativos. Por ejemplo, la simulación de una secuencia de inicio de un sistema integrado requiere perfiles particulares de voltaje y corriente. El análisis de perfil es fundamental para optimizar el consumo de corriente.

Las SMU R&S NGU incluyen seis rangos de corriente, desde 10 µA con una resolución de 100 pA hasta 10 A con una resolución de 10 µA. Para todos los rangos, se logra una precisión de hasta 0.025%. El voltaje se mide con una resolución de 10 µV en el rango de 20 V y 1 µV en el rango de 6 V. El R&S NGU presenta un modo de capacitancia variable que se puede ajustar en pasos de 1 µF a 470 µF, compensando la capacitancia para que la corriente se muestre como si se midiera directamente en el dispositivo bajo prueba. Se admiten dispositivos de hasta 20 V, 8 A y 60 W.

El mercado más grande para el R&S NGU401 de cuatro cuadrantes está en las pruebas de semiconductores. Proporciona medidas en el rango de –20 V a 20 V. Incluye un modo de ajuste de corriente rápido para evitar daños a dispositivos sensibles como los LED. Una salida dedicada convierte el instrumento como una fuente de CA para simular fallas.

El R&S NGU201 de dos cuadrantes está optimizado para el análisis del rendimiento de la batería para una variedad de dispositivos de IoT. Los diseñadores pueden usarlo para simular las características de la batería del mundo real. Con su corriente máxima de 8 A, el instrumento también admite aplicaciones de carga rápida.

Weigell destacó cómo es fundamental simular y probar baterías recargables para ofrecer un mejor rendimiento en dispositivos portátiles. La sobrecarga y la descarga intensa reducen la vida útil de la batería y pueden provocar problemas térmicos como el sobrecalentamiento. “Muchas baterías se construyen poniendo muchas celdas en paralelo”, dijo Weigell. “En estos casos, es fundamental controlar el estado de carga; diferentes valores pueden limitar la capacidad total de la batería. Por lo tanto, es fundamental probar los sistemas de administración de baterías que monitorean y controlan el estado de las baterías. Las pruebas deben simular todas las condiciones que pueden ocurrir durante la operación. Para definir un modelo de batería, los datos de la batería se pueden ingresar en una tabla predefinida. La fuente de alimentación R&S NGU simula el rendimiento de salida real de la batería ”.

Con una velocidad de adquisición de hasta 500 kmuestras por segundo, los resultados de voltaje y corriente están disponibles cada 2 µs. El R&S NGU utiliza tecnología de amplificador de retroalimentación de corriente para proporcionar alta precisión, como se indica en la siguiente figura.

La vida útil de la batería es un factor decisivo que puede ofrecer una vida útil prolongada a los dispositivos portátiles. Alto rango dinámico (nA a A), resolución de tiempo (interruptores de estado) y simulación de diferentes baterías son las principales características que debe tener una instrumentación típica.

"La fuente de alimentación típica regularía el voltaje, por lo que si regula el voltaje, la corriente aumenta y podría destruir su LED", dijo Weigell. “Básicamente, lo que necesita es una fuente de alimentación que regule la corriente, en el modo de prioridad de corriente. Y esto es algo que también encontrará en las SMU ".

En los últimos tiempos, la creciente demanda de productos más eficientes energéticamente y respetuosos con el medio ambiente ha ayudado a revitalizar la industria de los semiconductores de potencia. Las SMU permiten la caracterización de muchos semiconductores y encontrarán un lugar en los mercados automotriz y móvil para la caracterización de baterías, que son cada vez más importantes.