先进的仪器仪表解决方案
加入技术交流群
精密仪器仪表在多功能测量设备、现场服务、自动测试以及研发 和校准实验室等应用中扮演着重要角色。ADI凭借超过50年的专业 积累和丰富经验，以客户挑战为出发点，设计了一套完整精密技 术信号链，提供全面的硬件、软件/和固件集成解决方案。
本文重点介绍了四款先进仪器仪表解决方案：精密阻抗测量模 块、超低失真信号分析仪模块、低延迟开发套件和数字控制高压SMU。ADI利用现成可用的平台和尖端集成电路设计技术， 提供给客户良好的、高性能参考设计和电路板或模块级解决方 案，帮助客户降低研发成本，加快研发进度。
表1显示了部分ADI仪器仪表解决方案，这些产品均在官网上发布。
表1 仪器仪表解决方案一览表（按仪器仪表细分市场罗列）
阻抗测量分析仪模块ADMX2001
阻抗是许多测试中衡量质量的一个关键指标，通过复杂阻抗可以 了解组件在不同频率下的性能，对质量控制、滤波器设计、组件 健康测试、表征和评估组件是否满足系统要求起到帮助。虽然数 字万用表DMMs可以测量电阻，但只能捕捉到实部，无法提供包含 实部和虚部的复阻抗信息，通常也不能测量电容或电感。
测量复杂阻抗对于许多应用至关重要，一般涉及的阻抗测试 包括：
• 电感：全频率范围内的电感并找到谐振频率，测量损耗、电 感与直流偏置的关系并评估寄生现象；
• 电容：频率范围内交流幅值下的电容的测试，确定等效串联电 阻、品质因素和耗散耗散因子，以表示不同频率下的损耗；
• 电阻：确定频率范围内寄生电容电感的影响；
• 二极管：通过扫频与交流激励相加的直流偏压，可以在二极 管的VI曲线上的每一点进行测试；
• MOSFET：确定不同频率下的栅极电阻Rg；
• 电化学阻抗谱，或称EIS，通过测量复杂阻抗来分析电化学 系统。
图1所示应用是由Hioki发明，通过测量频率扫描的电阻及电抗来 确定电池的健康状况。通过绘制Nyquist图对照电阻和电抗，可 以发现劣化电池与原始电池所表现出的电阻有明显不同。
图1 锂离子电池的EIS
ADMX2001—高性能阻抗分析仪测量模块
ADMX2001阻抗分析仪模块解决了阻抗设计中的很多难题，它是 通过产生正弦激信号将其应用于被测设备，测量产生的交流电 压、交流电流幅值和两者相位差而得到负阻抗。利用这些信息 可以计算出多种形式的阻抗，最直接的是极坐标阻抗、幅值相 位，电阻和电抗在矩形坐标中的阻抗。模块支持通过内置显示 模式计算电容、电感、耗散因素、品质因素和其它多种格式。
ADMX2001高达10MHz的激励频率极大增加了可测量DUT的范围，并 可以评估高频寄生和频率响应效应，如自谐振频率。可编程 直流偏置有助于测量电解电容及二极管MOSFET的正向偏置，交 流幅度通过扫频得到。内置校准存储器，测试校准典型精度为 0.05%，提供UART接口和人性化控制，SPI接口可以方便的集成到 大型测试系统当中。模块的尺寸是1.5”x 2.5” (38mm x 63.5mm)。
ADMX2001解决了高性能阻抗测量系统的设计难题，提供了从DC到 10MHz的完整解决方案，主要特性和优势表现为：
• 固件经常更新，不断提升性能并引入新特性：积极响应客户 需求，提供定制化应用方案；
• 阻抗测量高达10MHz，比集成解决方案快近两个数量级：提 高测量灵敏度和测试频率，满足无源元件和半导体测试的 需求；
• 可设定测量范围，支持测量100μΩ至20MΩ阻抗：涵盖传统台式 仪器的测量范围；
• 达到仪器级别的0.05%基本精度：提高测量质量和生产测试 良率；
• 提供电容、电感、电阻、阻抗和导纳测量结果，且具备校准 记忆功能和相应的算法支持：无需额外的计算或非易失性存 储器；
• 自动进行参数扫描：频率和直流偏置：可对半导体器件进行 阻抗谱分析和C-V测量；
• 4对开尔文端子及夹具补偿算法：降低引线和夹具寄生效应；
图2为ADMX2001框图，3.3V单电源供电，直接与DUT连接。该模块 集成了专用电流、电压采样ADC以及精密信号发生器。板上生成 时钟和精密正弦激励，同时阻抗计算校准和数字接口也集成于 板上，这些特性极大的方便了应用。精心选择的最佳带宽、噪 声、隔离度以及出色的阻抗灵敏度为客户带来性能上的优势。
图2 ADMX2001简化功能框图
经过校准的150pF电容精度测试
图3是ADMX2001的测试结果，左边部分是实测数据，右边部分是根 据准确值所列出的误差，在此容值下具有0.01%以内的高精度。 采用DUT 150pF 1% 0603 SMD NP0的电容进行测试，参考值是151.23pF。
图3 150pF电容精度测试
18650锂离子电池EIS测试案例
图4是典型的3.7V 18650锂离子电池EIS测试案例，左部分绘制的是 电阻和电抗，将左边的两个图合并到右边的奈奎斯特图中则是 阻抗图，从而了解电池的健康状况。
图4 18650锂离子电池EIS
相比于其它集成方案，ADMX2001具有相当的优势，表2进行了示 例，其中绿色文字是典型优势所在，包括频率范围、灵敏度、精 度等。
表2 ADMX2001与其他方案的比较
评估板EVAL-ADMX2001EBZ LCR
图5为ADMX2001评估板，通过此评估板：
• 展示ADMX2001作为台式LCR仪表和阻抗分析仪的功能
• UART接口允许通过终端仿真器（如PuTTY和Tera Term）进行访问
• UART使用现成的电缆，即可简化与多个平台的连接：Windows， Mac OSX，Linux，树莓派，Arduino
图5 评估板ADMX2001EBZ LCR
超低失真的波形发生器ADMX1002/ADMX1001
如希望测试音频的总谐波失真THD、信噪比SNR、SFDR等参数，则 需要超低失真信号发生器，主要是期望测试设备性能明显优于 待测物参数。一般来说，若要测试超低噪声性能时，需要测试
设备的精度需要比待测物精度好10倍以上。这类应用场景可能 会是测试ABC耳机、麦克风、智能设备和助听器等。若客户对信 号的失真、尖峰和斜坡较为在意，那么低失真信号发生器则是 最佳选择。
ADMX100x是一款小型低失真信号发生器，应用于实验室工作台或 轻松集成到需要低失真信号发生器的大型测试系统当中。台式 仪表具有一些高级的数字功能，如蓝牙、HDMI接口等。若测试 系统不需要这些冗余功能，只希望能得到比较干净的信号源， 那么低失真信号发生器ADMX100x是一个很好的替代品，如图6所 示，可以显著减少尺寸或集成时间。
图6 台式仪表 vs芯ADMX1001
图7展示了ADMX1002/ADMX1001框图，主要包含存储器，电源管理，精 密基准的电源，精密DAC，ADC和信号调理。处理器的软件部分包 含DPD算法，数字预时帧算法。内置的16个波形的模式存储可以较 为方便的由SPI控制。20bit DAC通过信号调理进行信号发生，通过 回踩进行DPD的预时针处理。
图7 ADMX1002/ADMX1001概述
评论