ADI新型六位半集成式數(shù)字電壓測量模塊解決方案

俗話說“差之毫厘，謬以千里”，在當(dāng)下精密工業(yè)領(lǐng)域，儀表測量的精確性直接影響生產(chǎn)過程中的自動化控制水平及設(shè)備工作的安全可靠性。電壓，作為電力系統(tǒng)中的基本參數(shù)之一，如何借助小尺寸且易于系統(tǒng)集成的高可靠性單元實現(xiàn)精確測量，成為眾多領(lǐng)域客戶提出的創(chuàng)新性需求。作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體技術(shù)提供商，ADI開創(chuàng)性推出了新型六位半數(shù)字電壓測量模塊，大大降低了實現(xiàn)精確電壓測量的門檻。

多種場景下的高精度電壓信號采集挑戰(zhàn)如何破？

事實上，無論是在電子系統(tǒng)設(shè)計中進(jìn)行電壓采樣和功耗測試，還是在半導(dǎo)體自動化測試過程中控制和監(jiān)測輸入電壓以保障測試的精確度，或是在實驗室環(huán)境中利用數(shù)字電壓測量單元確保實驗結(jié)果的精確性和可重復(fù)性，高精度電壓信號的采集在多領(lǐng)域多場景下已成為“剛需”。

以半導(dǎo)體自動化測試ATE流程為例，隨著現(xiàn)代芯片尺寸的不斷縮小和集成的晶體管數(shù)量的持續(xù)增加，芯片在負(fù)載運行時，電流通過眾多晶體管導(dǎo)致的電壓下降若在測試階段未被及時發(fā)現(xiàn)，可能會給芯片帶來一系列后續(xù)問題，例如信號完整性降低、時序噪聲增加、功耗升高、性能衰減等。

利用ATE對單個或多個器件進(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。具體來說，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(qū)動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該測試設(shè)備性能的一個重要方面。因此，在ATE測試的多個流程中，電壓的高精度測量是必需的步驟，或者需要在設(shè)備端添加校準(zhǔn)器以確保提供精確電壓對待測物進(jìn)行測試。

另一個對高精度電壓測量有著迫切需求的典型場景是鋰電池的分容化成。得益于新能源汽車的快速發(fā)展和儲能等新興產(chǎn)業(yè)的興起，鋰電池市場的需求日益增長，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(wěn)定性和安全性能。在這一過程中，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(shè)備的整體測量精度，高精度電壓校準(zhǔn)器能夠保障設(shè)備在穩(wěn)定工況下的運行。考慮到化成過程中對溫度的嚴(yán)格要求，低溫度漂移特性也成為校準(zhǔn)器的一項重要特性。

高性能集成式模塊化方案開啟精密電壓測量新紀(jì)元

在這些應(yīng)用場景的推動下，與使用傳統(tǒng)的大型高精度桌面式電壓表進(jìn)行測量相比，越來越多的企業(yè)傾向于將高精度的電壓測量單元集成到產(chǎn)線或系統(tǒng)設(shè)備端。正因為看到客戶僅需進(jìn)行電壓測量或計算基于電壓測量值的相關(guān)參數(shù)如電流、功耗等，ADI特別為針對工業(yè)場景的這類需求推出了新型六位半集成式數(shù)字電壓測量模塊。

通常而言，六位半精度意味著測量值可顯示的第一位數(shù)字僅限于正負(fù)號和0/1，稱之為?位，而其它位數(shù)則可顯示0～9，稱之為一位。因此，六位半數(shù)字電壓測量模塊的顯示數(shù)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(diào)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(chǔ)的儀表開發(fā)人員或電子愛好者而言，使用分立的ADC、放大器與高精度基準(zhǔn)電壓等器件自制三位半或四位半的數(shù)字電壓測量模塊可能相對容易，但要設(shè)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，無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。無論是低噪聲、小信號放大、長期穩(wěn)定性，還是高精度電壓基準(zhǔn)、低溫漂特性，這些關(guān)鍵要素都足以構(gòu)成六位半數(shù)字電壓測量單元設(shè)計過程中難以克服的“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)和客戶服務(wù)經(jīng)驗，ADI將模擬器件與增益設(shè)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，開發(fā)出了新型六位半數(shù)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三種檔位的手動與自動調(diào)整，極大地方便了客戶的使用。

此外，得益于ADI經(jīng)驗豐富的工程師們對器件特性的精準(zhǔn)掌握和調(diào)校，ADMX3652展現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的低噪聲、高精度和長期穩(wěn)定性，發(fā)布后的實際使用測試顯示，在2V檔下，90天內(nèi)的準(zhǔn)確度優(yōu)于25ppm。不僅如此，ADMX3652還支持自動零點校準(zhǔn)（Auto Zero）、工頻周期濾波（NPLC）和滿量程校正功能，并具備輸入端的過壓保護(hù)，能夠在0至45°C的環(huán)境條件下正常工作，便于系統(tǒng)集成或適應(yīng)客戶定制的測量系統(tǒng)。憑借其在電壓測量上的卓越性能，ADMX3652還可以幫助客戶完成相關(guān)電源IC產(chǎn)品的規(guī)格認(rèn)證。

ADI一直秉持為客戶提供高質(zhì)量、可節(jié)省時間并加快交付的解決方案，ADMX3652同樣出自經(jīng)ADI官方認(rèn)證的生產(chǎn)線，維持了一貫的高品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，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性度，提供1KSPS的數(shù)據(jù)傳輸速率和精確測量，可通過UART接口進(jìn)行控制，支持SCPI協(xié)議，能夠輕松實現(xiàn)高效、穩(wěn)定、可靠的生產(chǎn)測試和測量設(shè)計。

可拓展性釋放創(chuàng)新潛能

高精度電壓測量覆蓋廣闊應(yīng)用場景

ADMX3652的主要優(yōu)勢在于其名片般的小尺寸便實現(xiàn)了超高精度的電壓測量，對客戶來說，這使得其能夠輕松地將其集成到系統(tǒng)中，利用MCU或FPGA通過UART接口發(fā)送指令來操控這款六位半數(shù)字電壓測量模塊，進(jìn)而有助于降低系統(tǒng)的測試成本，使其能更專注于自己擅長的領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)，拓寬更多潛在市場。

為此，ADI還提供了與這款六位半數(shù)字電壓測量模塊相配套的接口板，與之連接后即可轉(zhuǎn)換為移動式電壓測量模塊，通過完善的圖形化用戶界面（GUI）進(jìn)行操作，利用數(shù)據(jù)記錄功能，將Excel中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，使客戶可以將ADMX3652無縫集成到測試系統(tǒng)中，免去了派遣工程師前往現(xiàn)場進(jìn)行定期設(shè)備校準(zhǔn)的必要，實時監(jiān)測設(shè)備的電壓，從而節(jié)約了人力成本。此外，由于ADMX3652具備雙通道電壓測量功能，因此僅需外接一個分流電阻，便可根據(jù)其中一個通道中測得的電壓計算出相應(yīng)電流，得出待測對象的功耗，有利于及時排查和預(yù)警設(shè)備故障等問題。

可以輕松實現(xiàn)系統(tǒng)集成是ADMX3652的另一顯著優(yōu)勢。集成化方案可以回避傳統(tǒng)分立器件方案開發(fā)高精度信號鏈不可承受的開發(fā)成本和長開發(fā)周期，尤其是在那些各類傳感器的信號調(diào)理量測場景中，鑒于其適用的具體應(yīng)用類別多樣而分散，如果為每款傳感應(yīng)用單獨配置測量單元，產(chǎn)品方案開發(fā)成本將會非常高。而采用模塊化設(shè)計的ADMX3652數(shù)字電壓測量單元在保持高精度測量的同時，縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，加速產(chǎn)品推向市場。

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，也可以通過傳感器前端的數(shù)據(jù)采集使用ADMX3652進(jìn)行精密電壓測量，通過數(shù)據(jù)分析獲取相應(yīng)的科學(xué)指標(biāo)。據(jù)悉，當(dāng)前已有客戶正在使用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(xiàn)場服務(wù)和自動測試以及研發(fā)和校準(zhǔn)實驗室等各種應(yīng)用，ADI長期以來提供各種獨特的精密測量產(chǎn)品系列，借助先進(jìn)的半導(dǎo)體和封裝技術(shù)，為此類應(yīng)用中實現(xiàn)電氣參數(shù)測量的下一代電子測試和測量解決方案奠定了堅實的基礎(chǔ)，推動了未來電子系統(tǒng)的研究、開發(fā)和生產(chǎn)。ADMX3652的問世，則是ADI不斷深入了解客戶實際應(yīng)用需求，在細(xì)分化的市場需求之下推出的模塊化解決方案，可滿足高精度和低成本電壓監(jiān)測的廣泛應(yīng)用需求，未來這款新型六位半數(shù)字電壓測量模塊將持續(xù)升級迭代，幫助更多的企業(yè)開發(fā)更多具有潛力的應(yīng)用市場。

審核編輯：湯梓紅