新型六位半數(shù)字電壓測(cè)量模塊助力突破工業(yè)精密測(cè)量邊界

俗話說(shuō)“差之毫厘，謬以千里”，在當(dāng)下精密工業(yè)領(lǐng)域，儀表測(cè)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(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(shí)現(xiàn)精確測(cè)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(cè)量模塊，大大降低了實(shí)現(xiàn)精確電壓測(cè)量的門檻。

多種場(chǎng)景下的高精度電壓信號(hào)采集挑戰(zhàn)如何破？

事實(shí)上，無(wú)論是在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中進(jìn)行電壓采樣和功耗測(cè)試，還是在半導(dǎo)體自動(dòng)化測(cè)試過(guò)程中控制和監(jiān)測(cè)輸入電壓以保障測(cè)試的精確度，或是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中利用數(shù)字電壓測(cè)量單元確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性和可重復(fù)性，高精度電壓信號(hào)的采集在多領(lǐng)域多場(chǎng)景下已成為“剛需”。

以半導(dǎo)體自動(dòng)化測(cè)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(yùn)行時(shí)，電流通過(guò)眾多晶體管導(dǎo)致的電壓下降若在測(cè)試階段未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能會(huì)給芯片帶來(lái)一系列后續(xù)問(wèn)題，例如信號(hào)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(duì)單個(gè)或多個(gè)器件進(jìn)行一系列測(cè)試，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)估和確保良率至關(guān)重要。具體來(lái)說(shuō)，需要對(duì)引腳電子（PE）生成激勵(lì)待測(cè)物的信號(hào)并獲得其反饋，因此需要提供精確的電壓信號(hào)源；而精密測(cè)量單元（PMU）則驅(qū)動(dòng)電流流入器件以測(cè)量電壓，或施加電壓以測(cè)量由此產(chǎn)生的電流，其生成的電壓精度也是評(píng)價(jià)該測(cè)試設(shè)備性能的一個(gè)重要方面。因此，在ATE測(cè)試的多個(gè)流程中，電壓的高精度測(cè)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(duì)待測(cè)物進(jìn)行測(cè)試。

另一個(gè)對(duì)高精度電壓測(cè)量有著迫切需求的典型場(chǎng)景是鋰電池的分容化成。得益于新能源汽車的快速發(fā)展和儲(chǔ)能等新興產(chǎn)業(yè)的興起，鋰電池市場(chǎng)的需求日益增長(zhǎng)，而良好的制造工藝則是確保鋰電池性能優(yōu)勢(shì)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(wěn)定性和安全性能。在這一過(guò)程中，精確的電壓測(cè)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(cè)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(yùn)行。考慮到化成過(guò)程中對(duì)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(xiàng)重要特性。

高性能集成式模塊化方案開啟精密電壓測(cè)量新紀(jì)元

在這些應(yīng)用場(chǎng)景的推動(dòng)下，與使用傳統(tǒng)的大型高精度桌面式電壓表進(jìn)行測(cè)量相比，越來(lái)越多的企業(yè)傾向于將高精度的電壓測(cè)量單元集成到產(chǎn)線或系統(tǒng)設(shè)備端。正因?yàn)榭吹娇蛻魞H需進(jìn)行電壓測(cè)量或計(jì)算基于電壓測(cè)量值的相關(guān)參數(shù)如電流、功耗等，ADI特別為針對(duì)工業(yè)場(chǎng)景的這類需求推出了新型六位半集成式數(shù)字電壓測(cè)量模塊。

通常而言，六位半精度意味著測(cè)量值可顯示的第一位數(shù)字僅限于正負(fù)號(hào)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(cè)量模塊的顯示數(shù)值范圍在-1999999至1999999之間，若需測(cè)量極小電壓值，只需將電壓測(cè)量模塊調(diào)至低電壓檔位，以六位半的精度通常能測(cè)到100nV級(jí)別的電壓信號(hào)。

對(duì)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(cè)量模塊可能相對(duì)容易，但要設(shè)計(jì)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(zhàn)。無(wú)論是低噪聲、小信號(hào)放大、長(zhǎng)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(cè)量單元設(shè)計(jì)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(hào)處理領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和客戶服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，ADI將模擬器件與增益設(shè)置電阻網(wǎng)絡(luò)等高精密測(cè)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(cè)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(cè)量，測(cè)量范圍為±20V，提供20V/2V/0.2V三種檔位的手動(dòng)與自動(dòng)調(diào)整，極大地方便了客戶的使用。

此外，得益于ADI經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師們對(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定性，發(fā)布后的實(shí)際使用測(cè)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(dòng)零點(diǎn)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(guò)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(cè)量系統(tǒng)。憑借其在電壓測(cè)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(shí)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(cè)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(xiàn)高效、穩(wěn)定、可靠的生產(chǎn)測(cè)試和測(cè)量設(shè)計(jì)。

可拓展性釋放創(chuàng)新潛能，高精度電壓測(cè)量覆蓋廣闊應(yīng)用場(chǎng)景

ADMX3652的主要優(yōu)勢(shì)在于其名片般的小尺寸便實(shí)現(xiàn)了超高精度的電壓測(cè)量，對(duì)客戶來(lái)說(shuō)，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(guò)UART接口發(fā)送指令來(lái)操控這款六位半數(shù)字電壓測(cè)量模塊，進(jìn)而有助于降低系統(tǒng)的測(cè)試成本，使其能更專注于自己擅長(zhǎng)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(shù)字電壓測(cè)量模塊相配套的接口板，與之連接后即可轉(zhuǎn)換為移動(dòng)式電壓測(cè)量模塊，通過(guò)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(cè)對(duì)象電壓值的變化，并可有效地記錄每一次測(cè)量數(shù)據(jù)，使客戶可以將ADMX3652無(wú)縫集成到測(cè)試系統(tǒng)中，免去了派遣工程師前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定期設(shè)備校準(zhǔn)的必要，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)量功能，因此僅需外接一個(gè)分流電阻，便可根據(jù)其中一個(gè)通道中測(cè)得的電壓計(jì)算出相應(yīng)電流，得出待測(cè)對(duì)象的功耗，有利于及時(shí)排查和預(yù)警設(shè)備故障等問(wèn)題。

可以輕松實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成是ADMX3652的另一顯著優(yōu)勢(shì)。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(hào)鏈不可承受的開發(fā)成本和長(zhǎng)開發(fā)周期，尤其是在那些各類傳感器的信號(hào)調(diào)理量測(cè)場(chǎng)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(dú)配置測(cè)量單元，產(chǎn)品方案開發(fā)成本將會(huì)非常高。而采用模塊化設(shè)計(jì)的ADMX3652數(shù)字電壓測(cè)量單元在保持高精度測(cè)量的同時(shí)，縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，加速產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

在一些科學(xué)研究的測(cè)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(shù)據(jù)采集使用ADMX3652進(jìn)行精密電壓測(cè)量，通過(guò)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(cè)量樣品電壓以檢測(cè)水質(zhì)純度，等等。

精密儀器是適合現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)和自動(dòng)測(cè)試以及研發(fā)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室等各種應(yīng)用，ADI長(zhǎng)期以來(lái)提供各種獨(dú)特的精密測(cè)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(shí)現(xiàn)電氣參數(shù)測(cè)量的下一代電子測(cè)試和測(cè)量解決方案奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，推動(dòng)了未來(lái)電子系統(tǒng)的研究、開發(fā)和生產(chǎn)。ADMX3652的問(wèn)世，則是ADI不斷深入了解客戶實(shí)際應(yīng)用需求，在細(xì)分化的市場(chǎng)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(cè)的廣泛應(yīng)用需求，未來(lái)這款新型六位半數(shù)字電壓測(cè)量模塊將持續(xù)升級(jí)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(chǎng)。