איפיון רכיבים באמצעות מערכות (Source Measurement Unit (SMU

הכתבה בחסות רדט ציוד ומערכות

כדי לעמוד בדרישות השוק לספק מערכות בעלות אמינות וביצועים מובטחים, יש צורך לבצע בדיקות רבות של המוצרים, הן בשלבי הפיתוח והן בשלבי היציאה מקו הייצור ולפני מסירתם ללקוח. אחת מההתפתחויות החשובות של השנים האחרונות אשר מאפשרת לפשט ולייעל את מערכי הבדיקות, היא ההתפתחות של מערכות בדיקה מסוג Source Measurement Unit – SMU, אשר ממזגות במכשיר אחד גם את מקורות האות המוזרמים למכשיר הנבדק, וגם את תוצאות המדידה – ולקבל ביעילות מידע רב.

מהי מערכת SMU? זהו מכשיר מדידה המשלב שתי פונקציות במקביל: בצד אחד הוא מספק מתח וזרם (ישרים או בתצורת גל מוגדרת) ומעגל התנגדות שניתן לקבוע את מאפייניו בצורה אלקטרונית, ובצד השני הוא מבצע מדידות מתח וזרם. ניתן לומר שהמכשיר משלב את הפונקציות של רב-מודד (DMM), ספק כוח, מחולל אותות ונגד אקטיבי (עומס אלקטרוני) – במכשיר אחד. היתרון הגדול של SMU נעשה ברור כאשר הוא מופיע ביחד עם יכולות תיכנות: כאשר יש צורך לבצע מדידות רבות כדי להפיק למשל גרף התנהגות (I-V Tracer) לאורך זמן, התכנות מאפשר לחזור בדייקות על מספר רב של מדידות ולקבל תוצאות אמינות יותר.

איפיון רכיבים באמצעות סדרת Keithley 2400 SMU

נניח שיש צורך לבדוק את ההתנהגות של דיודה. במקרה כזה צריך למדוד את הזרם העובר דרכה במספר רב של מתחים, על מנת לקבל תמונת מתח-זרם (I-V plot). מכשיר SMU מיתכנת מאפשר לחבר את הדיודה אל עומס אלקטרוני, להזריק אליה אות הדרגתי של מתח עולה ויורד, גם חיובי וגם שלילי, למדוד את המתח ואת הזרם ולקבל גרף התנהגות מלא של הדיודה. ביצע התהליך הזה בציוד מעבדה סטנדרטי הוא מסורבל מאוד: יש צורך במספר רב של מכשירים ובביצוע מספר רב של מדידות חוזרות בצורה ידנית.

ניתן לתפעל את המכשירים ממשפחת Keithley 2400 Graphical Series SMU באמצעות תוכנת KickStart I-V Characterizer, המאפשרת לבצע איפיון זרם-מתח של רכיבים בעלי שני הדקים (Two Terminal Devices) כמו דיודות למשל. כמו-כן, ניתן לשלוט בכל מאפייני המדידה באמצעות צג מגע “5 אשר מציג מיידית את גרף ה-I-V וגם מאפשר לראות את כל הנתונים בטבלה מסודרת. ניתן לשמור את התוצאות ולבצע מדידות חוזרות על רכיבים שונים, ולקבל גרף I-V מאוחד של מספר רכיבים שונים, לצורך השוואה קלה ומיידית של ביצועיהם. למכשיר אופציה לעבוד עם תוכנה ייעודית המאפשרת שליטה על המכשיר וקבלת התוצאות ישירות למחשב, כדי לשתף מפתחים נוספים בממצאים או לבצע ניתוח נוסף שלהם.

השוואת מאפייני הזרם-מתח של שתי דיודות שונות באמצעות המכשיר 2400 SMU
השוואת מאפייני הזרם-מתח של שתי דיודות שונות באמצעות המכשיר 2400 SMU

דוגמא נוספת ממחישה כיצד השימוש במכשיר SMU מפשט ומקל על הבדיקות של ממירי מתח (DC-DC). ממירי DC-DC נמצאים בשימוש נרחב בכל המערכות האלקטרוניות, ואחראים על אספקת המתחים השונים המשמשים במעגל. הנצילות של ממירי DC-DC מוגדרת כיחס בין הספק הכניסה להספק המוצא. המפתחים נזקקים להשגת נצילות גבוהה ככל האפשר על-מנת להקטין את צריכת ההספק של המוצר ולהאריך את חיי הסוללה. בדיקת הממיר דורשת מספר רב של מדידות: הספק כניסה, הספק יציאה, רמות ייצוב הקו, ייצוב העומס והאדווה (ripple), תגובות מעבר, זמני עלייה וירידה וזרמי רגיעה (quiescent current).

איפיון ממיר DC-DC באמצעות סדרת Keithley 2600 SMU

כדי לבצע את כל המדידות האלה במטרה לאפיין ממיר DC-DC יש צורך לספק ולמדוד מתחי כניסה וזרמי כניסה, למדוד מתחי יציאה ולקלוט את זרמי היציאה (sinking a load current). הדבר דורש שימוש מספר רבי-מודד (DMMs), ספק כוח ועומס אלקטרוני מתכוונן. אולם ניתן לייעל את התהליך באמצעות שימוש ב-SMU דו-ערוצי מדגם Series 2600B, המבצע את כל הבדיקות באופן מתואם תוך חיבור ערוץ אחד אל הכניסה וערוץ שני אל המוצא של הממיר.

בדיקת Load regulation מאפיינת את יכולת הממיר לספק מתח מוצא קבוע, כאשר מתח הכניסה קבוע אולם חלים שינויים בזרם העומס (ILOAD). בדרך-כלל היא מבוצעת על-פני טווח רחב של זרמי עומס. בדיקת Load regulation טיפוסית ב-SMU מתבצעת באמצעות שני ערוצי המכשיר בו-זמנית. ערוץ 1 מספק את מתח הכניסה ומנטר את זרם הכניסה, בעוד ערץ 2 מתפקד כעומס אלקטרוני משתנה (באמצעות שינוי עוצמת הזרם שהוא קולט) ומנטר את מתח המוצא. באמצעות 2600B ניתן לבצע סריקת זרמים בתחום מוגדר (למשל 0A-1A), למדוד את המתחים במוצא, ולקבל מיידית גרף I-V המופק באמצעות תוכנת TSP Express.

ערכה לבדיקות מלאות של ממירי DC-DC, הכוללת SMU ואוסילוסקופ
ערכה לבדיקות מלאות של ממירי DC-DC, הכוללת SMU ואוסילוסקופ

בדיקת Line regulation מודדת את יכולת של הממיר לספק את מתח המוצא הנדרש, כאשר חלים שינויים במתח הכניסה. באמצעות מכשיר Model 2600 SMU ניתן לבצע את הבדיקה בדומה לבדיקת Load regulation ולקבל גרף מתח-זרם הרלוונטי. המכשיר גם מבצע מדידות מורכבות מאוד, דוגמת ניתוח הספקטרום של הממיר למדידת רעשים, אדווה ותדרי AC שהסתננו אל המוצא וממנו אל המעגל החשמלי. ניתן לשלב בבדיקה גם אוסילוסקופ דוגמת MSO/DPO-5000 או DPO-7000, ולקבל פתרון בדיקות מקיף.

לסיכום, בדיקות ואיפיון רכיבים ותת-מערכות אלקטרוניות דרשו בעבר שימוש במכשירים רבים מאוד בו-זמנית. אולם שימוש במכשיר SMU מיתכנת, מאפשר לבצע את המטלות האלה במכשיר יחיד, בהדירות גבוהה, ולקבל מיידית תוצאות מעובדות.

למידע נוסף: Keithley 2450 Graphical Series SMU

אודות רדט ו-Keithley:

חברת רדט היא הנציגה הבלעדית בישראל של מוצרי Keithley מבית Tektronix. חברת Keithley מפתחת, מייצרת ומשווקת מערכות בדיקה חשמליות יותר מ-70 שנה. בין מוצריה: רבי-מודד מדוייקים מאוד (DMM), ספקי כוח DC, יחידות מדידת מקור (SMU), אוגרי נתונים (Data Acquisition Systems – DAQ) ומוצרי מדידה נוספים. חברת רדט ציוד ומערכות מייצגת מזה עשרות שנים יצרנים מובילים בעולם ומספקת מענה שלם להתקנה, שירות וכיול בהסמכה וזמינות תמידית בכל בעיה. ניתן להזמין ייעוץ של מומחה רדט ברכישת או שדרוג ציוד מדידה.