IoTと半導体のバッテリー寿命を最適化する新しいSMU

Rohde＆Schwarzは、モノのインターネット（IoT）アプリケーションと半導体コンポーネントテストのバッテリー寿命テストを分析および最適化するための2つの新しい機器を備えた、ソースメジャーユニット（SMU）市場への参入を発表しました。

新しいR＆S NGUシリーズのソース測定ユニット（SMU）は、R＆S NGU201とR＆SNGU401の2つのモデルで発売されます。これらのユニットは、ローデ・シュワルツの新しい市場への参入を示し、電流と電圧の同時生成と測定を可能にする製品を提供します。これは、適切に制御されたモードで電圧または電流を同時に供給し、テスト対象のデバイスの電圧と電流の値の対応を測定できる機器のクラスです。 2象限のR＆S NGU201は、ワイヤレスデバイスのバッテリテストを対象としていますが、4象限のR＆S NGU401は、半導体テストのために負の電圧に切り替えることができ、はるかに広い電圧範囲をサポートします。

Rohde＆Schwarzの電力製品、メーター、ソース、およびオーディオアナライザーの製品管理および計画のディレクターであるPhilipp Weigellは、ソース測定ユニットの真の定義は、非常に正確なソース、ロード、および測定機能を提供するものであると述べました。ハイエンドのNGU401は、任意の極性で4象限のソースまたはシンク操作を提供するという点でSMUの厳密な定義に一致します。これにより、半導体のテストと特性評価に最適です。新しいSMUが取り組む他の2つの主要セクターは、精密電子機器と研究および教育です。

SMUの定義

SMUは、信号発生機能と測定機能を同じピンまたはコネクタに組み合わせた計測器です。電圧または電流を生成して同時に測定することができ、電源または波形発生器、デジタルマルチメータ、電流源、および電子負荷の機能を効果的に網羅します。

SMU機器は、電圧と電流の両方を測定するためにテストシステムで使用されます。グラフィカルインターフェイスと複数のコンピューティングオプション、およびGPIB、イーサネット、USBなどのシステムバスを備えながら、可変電圧（または電流）の関数として電流（または電圧）を迅速に測定できます。

SMUを使用すると、多くの半導体の特性評価が可能になり、特に、短絡電流、開回路電圧、最大電力点など、太陽電池またはLEDダイオードのI-Vパラメータと特性を正確に測定できます。半導体の特性評価は、ナノアンペアまたはマイクロアンペアの範囲の電流感度を必要とするアプリケーションの一例です。さらに、より高い精度、高速、リモート電圧検出、および4象限測定に対する要求により、従来のプログラム可能な電源が不十分になる可能性があります。

SMU機器は、1mV未満の測定分解能を提供する高精度のソーシングエレメントです。 IV平面上に4象限出力があります。つまり、正の電圧と電流（Quadrant 1）、負の電圧と正の電流（Quadrant 2）、負の電圧と負の電流（Quadrant 3）、または正の電圧と負の電流を提供できます。 （象限4）。

新しいユニット

最新の回路では、さまざまな動作状態でさまざまなレベルの電圧や電流が必要です。たとえば、組み込みシステムの起動シーケンスをシミュレートするには、特定の電圧および電流プロファイルが必要です。プロファイル分析は、消費電流を最適化するために重要です。

R＆S NGU SMUには、100pAの分解能で10µAから10 µAの分解能で10Aまでの6つの電流範囲が含まれています。すべての範囲で、0.025％までの精度が達成されます。電圧は、20Vの範囲で10µV、6Vの範囲で1µVの分解能で測定されます。 R＆S NGUは、1 µFから470 µFまで段階的に調整できる可変静電容量モードを備えており、電流がテスト対象デバイスで直接測定されたかのように表示されるように静電容量を補正します。最大20V、8 A、および60Wのデバイスがサポートされます。

4象限R＆S NGU401の最大の市場は、半導体テストです。 –20 V〜20 Vの範囲の測定値を提供します。これには、LEDなどの敏感なデバイスへの損傷を回避するための大電流調整モードが含まれています。専用の出力により、グリッチをシミュレートするためのAC電源として機器がレンダリングされます。

2象限のR＆S NGU201は、さまざまなIoTデバイスのバッテリーパフォーマンス分析用に最適化されています。設計者はこれを使用して、実際のバッテリー特性をシミュレートできます。最大電流は8Aで、この機器は急速充電アプリケーションもサポートしています。

Weigellは、携帯機器のパフォーマンスを向上させるために、充電式バッテリーのシミュレーションとテストがいかに重要であるかを強調しました。過充電と激しい放電はバッテリーの寿命を縮め、過熱などの熱の問題を引き起こす可能性があります。 「多くのバッテリーは、多くのセルを並列に配置することによって構築されます」とWeigell氏は述べています。 「これらの場合、充電状態を制御することが重要です。値が異なると、バッテリーの全体的な容量が制限される可能性があります。したがって、バッテリーの状態を監視および制御するバッテリー管理システムをテストすることが重要です。テストでは、操作中に発生する可能性のあるすべての条件をシミュレートする必要があります。バッテリーモデルを定義するために、バッテリーのデータを事前定義されたテーブルに入力できます。 R＆S NGU電源は、バッテリーの実際の出力性能をシミュレートします。」

最大500kサンプル/秒の取得レートで、電圧と電流の結果を2 µsごとに取得できます。 R＆S NGUは、下の図に示すように、高精度を提供するために電流フィードバック増幅器技術を使用しています。

バッテリ寿命は、ポータブルデバイスに長い動作寿命を提供できる重要な要素です。ハイダイナミックレンジ（nAからA）、時間分解能（状態スイッチ）、およびさまざまなバッテリーのシミュレーションは、一般的な機器に必要な主な機能です。

「通常の電源は電圧を調整するため、電圧を調整すると電流が増加し、LEDが破壊される可能性があります」とWeigell氏は述べています。 「基本的に、必要なのは、電流優先モードで電流を調整する電源です。そして、これはSMUにも見られるものです。」

近年、よりエネルギー効率が高く環境にやさしい製品への需要の高まりは、パワー半導体産業の活性化に役立っています。 SMUは多くの半導体の特性評価を可能にし、ますます重要になっているバッテリーの特性評価のための自動車およびモバイル市場での場所を見つけるでしょう。