如果有人想開發(fā)“永動電池”，那么很可能電子工程師首先要把電源效率提高到遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)今的水平。但盡管人們在這一研究中做了大量投資，但這種電池還沒有問世。相反，在現(xiàn)實世界中，設(shè)計人員必須盡一切可能來限制功耗，尤其是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，正如泰克科技公司應(yīng)用工程師Seshank Malap所說，物聯(lián)網(wǎng)正在設(shè)計及測試測量中引發(fā)一波創(chuàng)新潮。本文是一篇與泰克技術(shù)專家的對話，今后我們將通過【泰有聊】專題跟大家分享一系列與泰克技術(shù)牛人的對話。
泰克科技應(yīng)用工程師Seshank Malap
功率管理是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計關(guān)注的主要問題，準(zhǔn)確描述設(shè)備功耗是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的基本要求。泰克科技十一種功率分析測量技術(shù) ，為您提供優(yōu)異的功率分析技術(shù)，幫助設(shè)計人員確定各種因素，最大限度降低能耗和優(yōu)化電池續(xù)航時間。
測量寬動態(tài)范圍的電流信號；確定超低深度休眠時的待機電流；測量輸出電流和輸入電流；捕獲短瞬態(tài)信號和快速跳變。
在過去六年中，Malap一直在電源行業(yè)工作，設(shè)計和測試功率半導(dǎo)體、UPS系統(tǒng)、汽車充電器和汽車馬達驅(qū)動器。我們請他從設(shè)計和測試角度談?wù)勊吹降男袠I(yè)變化，以及泰克是怎樣在電源效率市場中發(fā)揮自己的作用的。
鑫磊：你覺得為什么泰克非常看重電源行業(yè)中的工程師需求？
Seshank：由于互聯(lián)無處不在，人們對更高效率的需求一直在呈指數(shù)級增長。隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的興起，越來越多的設(shè)備實現(xiàn)了無線聯(lián)網(wǎng)，數(shù)量龐大的物聯(lián)網(wǎng)傳感器和器件需要一直保持聯(lián)網(wǎng)，以便能夠收集和傳送數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)，這就要求大量的功耗。
物聯(lián)網(wǎng)器件具有持續(xù)聯(lián)網(wǎng)的特點，再加上大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)器件通過電池供電，所以需要新的解決方案來管理電源。電源工程師需要推動極限創(chuàng)新，實現(xiàn)超高電源效率和超低功耗，以便能夠最大限度地利用電源中的功率。
長期以來，泰克一直是開發(fā)可實現(xiàn)最前沿創(chuàng)新技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。物聯(lián)網(wǎng)電源管理測試的關(guān)鍵挑戰(zhàn)正是泰克核心能力所在，因此泰克推動這一領(lǐng)域的創(chuàng)新也就順理成章，幫助工程師解決這些關(guān)鍵問題。
鑫磊：工程師在物聯(lián)網(wǎng)時代面臨著哪些挑戰(zhàn)？
Seshank：毋庸置疑，物聯(lián)網(wǎng)給工程和測試帶來了巨大的挑戰(zhàn)。工程師必須清楚怎樣最大限度地利用這些新器件的功率，更重要的是如何真正地測試和驗證設(shè)計在現(xiàn)實世界中的工作。同樣，在電源設(shè)計中對超高效率和小外形尺寸的需求迫使工程師們采用越來越高的開關(guān)頻率和更小的元件封裝。這就導(dǎo)致了開發(fā)和使用諸如氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)等新的寬帶隙開關(guān)技術(shù)，其可以比傳統(tǒng)硅器件更快地開關(guān)并提供緊湊的封裝。與此同時，它們帶來了非常困難的測試挑戰(zhàn)。
總之，這些趨勢大大提振了功率設(shè)計的未來，是電子行業(yè)的關(guān)鍵創(chuàng)新領(lǐng)域之一。我認(rèn)為，我們將在這些變革中看到某些巨大的進展。但這要求工程師做大量的工作，解決前面提到的挑戰(zhàn)。希望我們的測試測量同行們可以在這個過程中助他們一臂之力，至少要讓他們的測試工作變得更容易、更高效。
鑫磊：你認(rèn)為這個領(lǐng)域還有什么趨勢和挑戰(zhàn)？
Seshank：除超高效率、更小的外形和超低功耗所帶來的挑戰(zhàn)外，日益變化的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)正推動功率設(shè)計朝著更高效率發(fā)展。例如，美國能源部最近出臺消費品使用的外置電源(EPS)六級能效標(biāo)準(zhǔn)，與以往相比，增加了更多的能效要求。歐盟也不甘示弱，發(fā)布了電源能效行為準(zhǔn)則Tier 2，比美國能源部的六級標(biāo)準(zhǔn)提出了更嚴(yán)格的要求。
標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)正在追求更高的能效，意味著同一類型的設(shè)備要進行更多的測試，特別是電源。這些要求適合幾乎每個垂直行業(yè)，因此影響是普遍性的。其影響并不限于電源或充電器，最近出臺的一項針對LED驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)，正推動提升電力效率及電光轉(zhuǎn)換效率。
在許多方面，標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計人員最可怕的夢魘。由于標(biāo)準(zhǔn)(及世界各地的其他規(guī)范)都是不斷更新的要求，因此工程師必須不斷做好準(zhǔn)備，來追求更高的能源效率。標(biāo)準(zhǔn)每四年左右就會把功率效率提升到新的水平，會提出更低的待機功耗要求。除在運行時保持高效外，器件必須演示自己在什么也沒做時真正擁有非常低的功耗。
鑫磊：你認(rèn)為測試測量在推動這個領(lǐng)域創(chuàng)新中發(fā)揮著怎樣的作用？
Seshank：為了了解測試測量的作用，必需了解關(guān)鍵趨勢和挑戰(zhàn)。如前所述，實現(xiàn)更高的效率要求大量的創(chuàng)新型設(shè)計方法，其中之一是實現(xiàn)更高的開關(guān)頻率。正因如此，寬帶隙功率器件在新型功率電子設(shè)計中才變得相當(dāng)流行。但這些器件也帶來了自己的測試挑戰(zhàn)。一方面，您需要極高的帶寬，另一方面，您需要非常高的靈敏度，因為開關(guān)和門信號變得更加關(guān)鍵、更加靈敏。高開頭頻率還需要同時測量更多的信號，以優(yōu)化定時和占空比，最大限度地挖掘設(shè)計潛力。
在部署GaN和SiC等新技術(shù)時，對元器件級測試和評估的需求也會明顯提高。這些器件需要進行高達幾千伏的擊穿測試，同時要檢查低達幾飛安的漏電流。鑒于其部署于嚴(yán)苛設(shè)計的設(shè)計中，從晶圓到封裝部件的所有這些器件的穩(wěn)健測試相當(dāng)關(guān)鍵。
在系統(tǒng)層面上，測試極高效率的需求、設(shè)計中小的增量變化以滿足效率要求，并在所有工作模式下測試精確功耗，這些需求正變得至關(guān)重要。
可以肯定地說，我們需要在系統(tǒng)中多得多的測試點及設(shè)計的所有階段進行精確測試，現(xiàn)在的重要性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以往。舊的測試工具和技術(shù)已經(jīng)不足以適應(yīng)電源設(shè)計人員面臨的趨勢變化。
鑫磊：能否詳細(xì)談?wù)勑虏牧希?/strong>
Seshank：我們聽到很多寬帶隙器件的消息。它們基本上是GaN和SiC。SiC是由更高的功率需求和熱穩(wěn)定性推動的，GaN是由更快的上升時間和下降時間推動的。這些發(fā)展趨勢給轉(zhuǎn)換電路引入了新的復(fù)雜度，需要更快的開關(guān)速度(需要在任何H電橋拓?fù)渲袦y量浮動Vgs和Vds指標(biāo))，門閾值電壓和定時靈敏度變得更高。此外，由于工作頻率高，所以我們需要同時查看更多的信號。所有這些都要求全新的測試工具和全新的方法，針對特定應(yīng)用優(yōu)化性能，確保可靠性。
鑫磊：你覺得泰克為電源工程師及演進方式提供了哪些支持？
Seshank：泰克為功率電子設(shè)計提供完善的全套儀器和軟件解決方案，從元器件測試到成品最終一致性測試提供全程支持。泰克接觸了優(yōu)化功率效率的每個方面，使未來設(shè)計成為可能。這是我們公司一直重點解決的關(guān)鍵應(yīng)用之一。
從元器件級的SMU和參數(shù)測試儀，到一致性測試使用的源表和頻譜分析儀，泰克為功率電子測試的每個階段都提供了解決方案。一個非常好的實例是我們的DMM 7510，這種采樣數(shù)字萬用表可以分辨最低pA級的睡眠電流，同時顯示高達1MHz的脈沖電流，工程師可以在復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)傳感器的所有工作狀態(tài)中，簡便地表征DC功率廓線，進而使電池續(xù)航時間達到最大。