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作者：ADI公司 俗話(huà)說(shuō)“差之毫厘，謬以千里”，在當下精密工業(yè)領(lǐng)域，儀表測量的精確性直接影響生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化控制水平及設備工作的安全可靠性。電壓，作為電力系統中的基本參數之一，如何借助小尺寸且易于系統集成的高可靠性單元實(shí)現精確測量，成為眾多領(lǐng)域客戶(hù)提出的創(chuàng )新性需求。作為全球領(lǐng)先的半導體技術(shù)提供商，ADI開(kāi)創(chuàng )性推出了新型六位半數字電壓測量模塊，大大降低了實(shí)現精確電壓測量的門(mén)檻。 多種場(chǎng)景下的高精度電壓信號采集挑戰如何破？ 事實(shí)上，無(wú)論是在電子系統設計中進(jìn)行電壓采樣和功耗測試，還是在半導體自動(dòng)化測試過(guò)程中控制和監測輸入電壓以保障測試的精確度，或是在實(shí)驗室環(huán)境中利用數字電壓測量單元確保實(shí)驗結果的精確性和可重復性，高精度電壓信號的采集在多領(lǐng)域多場(chǎng)景下已成為“剛需”。 以半導體自動(dòng)化測試ATE流程為例，隨著(zhù)現代芯片尺寸的不斷縮小和集成的晶體管數量的持續增加，芯片在負載運行時(shí)，電流通過(guò)眾多晶體管導致的電壓下降若在測試階段未被及時(shí)發(fā)現，可能會(huì )給芯片帶來(lái)一系列后續問(wèn)題，例如信號完整性降低、時(shí)序噪聲增加、功耗升高、性能衰減等。 利用ATE對單個(gè)或多個(gè)器件進(jìn)行一系列測試，對產(chǎn)品質(zhì)量的評估和確保良率至關(guān)重要。具體來(lái)說(shuō)，需要對引腳電子（PE）生成激勵待測物的信號并獲得其反饋，因此需要提供精確的電壓信號源；而精密測量單元（PMU）則驅動(dòng)電流流入器件以測量電壓，或施加電壓以測量由此產(chǎn)生的電流，其生成的電壓精度也是評價(jià)該測試設備性能的一個(gè)重要方面。因此，在A(yíng)TE測試的多個(gè)流程中，電壓的高精度測量是必需的步驟，或者需要在設備端添加校準器以確保提供精確電壓對待測物進(jìn)行測試。 另一個(gè)對高精度電壓測量有著(zhù)迫切需求的典型場(chǎng)景是鋰電池的分容化成。得益于新能源汽車(chē)的快速發(fā)展和儲能等新興產(chǎn)業(yè)的興起，鋰電池市場(chǎng)的需求日益增長(cháng)，而良好的制造工藝則是確保鋰電池性能優(yōu)勢的關(guān)鍵。分容化成是鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的工序，它直接關(guān)系到鋰電池的首次效率、循環(huán)使用壽命、熱穩定性和安全性能。在這一過(guò)程中，精確的電壓測量至關(guān)重要，它能夠確定電池所需的安全裕度，從而確保性能。為了提升分容化成設備的整體測量精度，高精度電壓校準器能夠保障設備在穩定工況下的運行�？紤]到化成過(guò)程中對溫度的嚴格要求，低溫度漂移特性也成為校準器的一項重要特性。 高性能集成式模塊化方案開(kāi)啟精密電壓測量新紀元 在這些應用場(chǎng)景的推動(dòng)下，與使用傳統的大型高精度桌面式電壓表進(jìn)行測量相比，越來(lái)越多的企業(yè)傾向于將高精度的電壓測量單元集成到產(chǎn)線(xiàn)或系統設備端。正因為看到客戶(hù)僅需進(jìn)行電壓測量或計算基于電壓測量值的相關(guān)參數如電流、功耗等，ADI特別為針對工業(yè)場(chǎng)景的這類(lèi)需求推出了新型六位半集成式數字電壓測量模塊。 通常而言，六位半精度意味著(zhù)測量值可顯示的第一位數字僅限于正負號和0/1，稱(chēng)之為½位，而其它位數則可顯示0～9，稱(chēng)之為一位。因此，六位半數字電壓測量模塊的顯示數值范圍在-1999999至1999999之間，若需測量極小電壓值，只需將電壓測量模塊調至低電壓檔位，以六位半的精度通常能測到100nV級別的電壓信號。 對于具備一定基礎的儀表開(kāi)發(fā)人員或電子愛(ài)好者而言，使用分立的ADC、放大器與高精度基準電壓等器件自制三位半或四位半的數字電壓測量模塊可能相對容易，但要設計出具有六位半精度的產(chǎn)品方案，并盡量縮小產(chǎn)品尺寸，無(wú)疑是一個(gè)巨大的挑戰。無(wú)論是低噪聲、小信號放大、長(cháng)期穩定性，還是高精度電壓基準、低溫漂特性，這些關(guān)鍵要素都足以構成六位半數字電壓測量單元設計過(guò)程中難以克服的“九九八十一難”。 憑借在模擬和混合信號處理領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和客戶(hù)服務(wù)經(jīng)驗，ADI將模擬器件與增益設置電阻網(wǎng)絡(luò )等高精密測量單元集成到即插即用的模塊中，開(kāi)發(fā)出了新型六位半數字電壓測量模塊化方案ADMX3652。該模塊尺寸僅為77.7mm x 46.3mm x 20mm，差不多與普通名片一樣大，支持雙通道電壓測量，測量范圍為±20V，提供20V/2V/0.2V三種檔位的手動(dòng)與自動(dòng)調整，極大地方便了客戶(hù)的使用。 
此外，得益于A(yíng)DI經(jīng)驗豐富的工程師們對器件特性的精準掌握和調校，ADMX3652展現了業(yè)界領(lǐng)先的低噪聲、高精度和長(cháng)期穩定性，發(fā)布后的實(shí)際使用測試顯示，在2V檔下，90天內的準確度優(yōu)于25ppm。不僅如此，ADMX3652還支持自動(dòng)零點(diǎn)校準（Auto Zero）、工頻周期濾波（NPLC）和滿(mǎn)量程校正功能，并具備輸入端的過(guò)壓保護，能夠在0至45°C的環(huán)境條件下正常工作，便于系統集成或適應客戶(hù)定制的測量系統。憑借其在電壓測量上的卓越性能，ADMX3652還可以幫助客戶(hù)完成相關(guān)電源IC產(chǎn)品的規格認證。 ADI一直秉持為客戶(hù)提供高質(zhì)量、可節省時(shí)間并加快交付的解決方案，ADMX3652同樣出自經(jīng)ADI官方認證的生產(chǎn)線(xiàn)，維持了一貫的高品質(zhì)標準，且其深入的模塊化繼承技術(shù)確保了出色的噪聲控制和線(xiàn)性度，提供1KSPS的數據傳輸速率和精確測量，可通過(guò)UART接口進(jìn)行控制，支持SCPI協(xié)議，能夠輕松實(shí)現高效、穩定、可靠的生產(chǎn)測試和測量設計。 可拓展性釋放創(chuàng )新潛能，高精度電壓測量覆蓋廣闊應用場(chǎng)景 ADMX3652的主要優(yōu)勢在于其名片般的小尺寸便實(shí)現了超高精度的電壓測量，對客戶(hù)來(lái)說(shuō)，這使得其能夠輕松地將其集成到系統中，利用MCU或FPGA通過(guò)UART接口發(fā)送指令來(lái)操控這款六位半數字電壓測量模塊，進(jìn)而有助于降低系統的測試成本，使其能更專(zhuān)注于自己擅長(cháng)的領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)，拓寬更多潛在市場(chǎng)。
為此，ADI還提供了與這款六位半數字電壓測量模塊相配套的接口板，與之連接后即可轉換為移動(dòng)式電壓測量模塊，通過(guò)完善的圖形化用戶(hù)界面（GUI）進(jìn)行操作，利用數據記錄功能，將Excel中的數據轉換成圖表，在電腦上就能清楚地看到待測對象電壓值的變化，并可有效地記錄每一次測量數據，使客戶(hù)可以將ADMX3652無(wú)縫集成到測試系統中，免去了派遣工程師前往現場(chǎng)進(jìn)行定期設備校準的必要，實(shí)時(shí)監測設備的電壓，從而節約了人力成本。此外，由于A(yíng)DMX3652具備雙通道電壓測量功能，因此僅需外接一個(gè)分流電阻，便可根據其中一個(gè)通道中測得的電壓計算出相應電流，得出待測對象的功耗，有利于及時(shí)排查和預警設備故障等問(wèn)題。
可以輕松實(shí)現系統集成是ADMX3652的另一顯著(zhù)優(yōu)勢。集成化方案可以回避傳統分立器件方案開(kāi)發(fā)高精度信號鏈不可承受的開(kāi)發(fā)成本和長(cháng)開(kāi)發(fā)周期，尤其是在那些各類(lèi)傳感器的信號調理量測場(chǎng)景中，鑒于其適用的具體應用類(lèi)別多樣而分散，如果為每款傳感應用單獨配置測量單元，產(chǎn)品方案開(kāi)發(fā)成本將會(huì )非常高。而采用模塊化設計的ADMX3652數字電壓測量單元在保持高精度測量的同時(shí)，縮短系統開(kāi)發(fā)周期，加速產(chǎn)品推向市場(chǎng)。 在一些科學(xué)研究的測量中，例如水質(zhì)分析和空氣電離分析，也可以通過(guò)傳感器前端的數據采集使用ADMX3652進(jìn)行精密電壓測量，通過(guò)數據分析獲取相應的科學(xué)指標。據悉，當前已有客戶(hù)正在使用ADMX3652測量樣品電壓以檢測水質(zhì)純度，等等。 精密儀器是適合現場(chǎng)服務(wù)和自動(dòng)測試以及研發(fā)和校準實(shí)驗室等各種應用，ADI長(cháng)期以來(lái)提供各種獨特的精密測量產(chǎn)品系列，借助先進(jìn)的半導體和封裝技術(shù)，為此類(lèi)應用中實(shí)現電氣參數測量的下一代電子測試和測量解決方案奠定了堅實(shí)的基礎，推動(dòng)了未來(lái)電子系統的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。ADMX3652的問(wèn)世，則是ADI不斷深入了解客戶(hù)實(shí)際應用需求，在細分化的市場(chǎng)需求之下推出的模塊化解決方案，可滿(mǎn)足高精度和低成本電壓監測的廣泛應用需求，未來(lái)這款新型六位半數字電壓測量模塊將持續升級迭代，幫助更多的企業(yè)開(kāi)發(fā)更多具有潛力的應用市場(chǎng)。 |
