如果有人想開發(fā)“永動(dòng)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?cè)谶@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(shí)世界中，設(shè)計(jì)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(jì)及測(cè)試測(cè)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(duì)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(duì)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(jì)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(jì)的基本要求。泰克科技十一種功率分析測(cè)量技術(shù) ，為您提供優(yōu)異的功率分析技術(shù)，幫助設(shè)計(jì)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(shí)間。

·測(cè)量寬動(dòng)態(tài)范圍的電流信號(hào)

·確定超低深度休眠時(shí)的待機(jī)電流

·測(cè)量輸出電流和輸入電流

·捕獲短瞬態(tài)信號(hào)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(jì)和測(cè)試功率半導(dǎo)體、UPS系統(tǒng)、汽車充電器和汽車馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器。我們請(qǐng)他從設(shè)計(jì)和測(cè)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(chǎng)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(duì)更高效率的需求一直在呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的興起，越來越多的設(shè)備實(shí)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(diǎn)，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(dòng)極限創(chuàng)新，實(shí)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(zhǎng)期以來，泰克一直是開發(fā)可實(shí)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(cè)試的關(guān)鍵挑戰(zhàn)正是泰克核心能力所在，因此泰克推動(dòng)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(shí)代面臨著哪些挑戰(zhàn)？

Seshank：毋庸置疑，物聯(lián)網(wǎng)給工程和測(cè)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(cè)試和驗(yàn)證設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)世界中的工作。同樣，在電源設(shè)計(jì)中對(duì)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(shí)，它們帶來了非常困難的測(cè)試挑戰(zhàn)。

總之，這些趨勢(shì)大大提振了功率設(shè)計(jì)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(jìn)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(cè)試測(cè)量同行們可以在這個(gè)過程中助他們一臂之力，至少要讓他們的測(cè)試工作變得更容易、更高效。

鑫磊：你認(rèn)為這個(gè)領(lǐng)域還有什么趨勢(shì)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(dòng)功率設(shè)計(jì)朝著更高效率發(fā)展。例如，美國(guó)能源部最近出臺(tái)消費(fèi)品使用的外置電源(EPS)六級(jí)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(guó)能源部的六級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提出了更嚴(yán)格的要求。

標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)正在追求更高的能效，意味著同一類型的設(shè)備要進(jìn)行更多的測(cè)試，特別是電源。這些要求適合幾乎每個(gè)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(tái)的一項(xiàng)針對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)，正推動(dòng)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(jì)人員最可怕的夢(mèng)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(huì)把功率效率提升到新的水平，會(huì)提出更低的待機(jī)功耗要求。除在運(yùn)行時(shí)保持高效外，器件必須演示自己在什么也沒做時(shí)真正擁有非常低的功耗。

鑫磊：你認(rèn)為測(cè)試測(cè)量在推動(dòng)這個(gè)領(lǐng)域創(chuàng)新中發(fā)揮著怎樣的作用？

Seshank：為了了解測(cè)試測(cè)量的作用，必需了解關(guān)鍵趨勢(shì)和挑戰(zhàn)。如前所述，實(shí)現(xiàn)更高的效率要求大量的創(chuàng)新型設(shè)計(jì)方法，其中之一是實(shí)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(jì)中才變得相當(dāng)流行。但這些器件也帶來了自己的測(cè)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?yàn)殚_關(guān)和門信號(hào)變得更加關(guān)鍵、更加靈敏。高開頭頻率還需要同時(shí)測(cè)量更多的信號(hào)，以優(yōu)化定時(shí)和占空比，最大限度地挖掘設(shè)計(jì)潛力。

在部署GaN和SiC等新技術(shù)時(shí)，對(duì)元器件級(jí)測(cè)試和評(píng)估的需求也會(huì)明顯提高。這些器件需要進(jìn)行高達(dá)幾千伏的擊穿測(cè)試，同時(shí)要檢查低達(dá)幾飛安的漏電流。鑒于其部署于嚴(yán)苛設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)中，從晶圓到封裝部件的所有這些器件的穩(wěn)健測(cè)試相當(dāng)關(guān)鍵。

在系統(tǒng)層面上，測(cè)試極高效率的需求、設(shè)計(jì)中小的增量變化以滿足效率要求，并在所有工作模式下測(cè)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(cè)試點(diǎn)及設(shè)計(jì)的所有階段進(jìn)行精確測(cè)試，現(xiàn)在的重要性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以往。舊的測(cè)試工具和技術(shù)已經(jīng)不足以適應(yīng)電源設(shè)計(jì)人員面臨的趨勢(shì)變化。

鑫磊：能否詳細(xì)談?wù)勑虏牧希?/p>

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(dòng)的，GaN是由更快的上升時(shí)間和下降時(shí)間推動(dòng)的。這些發(fā)展趨勢(shì)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(cè)量浮動(dòng)Vgs和Vds指標(biāo))，門閾值電壓和定時(shí)靈敏度變得更高。此外，由于工作頻率高，所以我們需要同時(shí)查看更多的信號(hào)。所有這些都要求全新的測(cè)試工具和全新的方法，針對(duì)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(jìn)方式提供了哪些支持？

Seshank：泰克為功率電子設(shè)計(jì)提供完善的全套儀器和軟件解決方案，從元器件測(cè)試到成品最終一致性測(cè)試提供全程支持。泰克接觸了優(yōu)化功率效率的每個(gè)方面，使未來設(shè)計(jì)成為可能。這是我們公司一直重點(diǎn)解決的關(guān)鍵應(yīng)用之一。

從元器件級(jí)的SMU和參數(shù)測(cè)試儀，到一致性測(cè)試使用的源表和頻譜分析儀，泰克為功率電子測(cè)試的每個(gè)階段都提供了解決方案。一個(gè)非常好的實(shí)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(jí)的睡眠電流，同時(shí)顯示高達(dá)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(jiǎn)便地表征DC功率廓線，進(jìn)而使電池續(xù)航時(shí)間達(dá)到最大。

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