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作者：ADI公司 俗話說“差之毫厘，謬以千里”，在當下精密工業領域，儀表測量的精確性直接影響生產過程中的自動化控制水平及設備工作的安全可靠性。電壓，作為電力系統中的基本參數之一，如何借助小尺寸且易于系統集成的高可靠性單元實現精確測量，成為眾多領域客戶提出的創新性需求。作為全球領先的半導體技術提供商，ADI開創性推出了新型六位半數字電壓測量模塊，大大降低了實現精確電壓測量的門檻。 多種場景下的高精度電壓信號采集挑戰如何破？ 事實上，無論是在電子系統設計中進行電壓采樣和功耗測試，還是在半導體自動化測試過程中控制和監測輸入電壓以保障測試的精確度，或是在實驗室環境中利用數字電壓測量單元確保實驗結果的精確性和可重復性，高精度電壓信號的采集在多領域多場景下已成為“剛需”。 以半導體自動化測試ATE流程為例，隨著現代芯片尺寸的不斷縮小和集成的晶體管數量的持續增加，芯片在負載運行時，電流通過眾多晶體管導致的電壓下降若在測試階段未被及時發現，可能會給芯片帶來一系列后續問題，例如信號完整性降低、時序噪聲增加、功耗升高、性能衰減等。 利用ATE對單個或多個器件進行一系列測試，對產品質量的評估和確保良率至關重要。具體來說，需要對引腳電子（PE）生成激勵待測物的信號并獲得其反饋，因此需要提供精確的電壓信號源；而精密測量單元（PMU）則驅動電流流入器件以測量電壓，或施加電壓以測量由此產生的電流，其生成的電壓精度也是評價該測試設備性能的一個重要方面。因此，在ATE測試的多個流程中，電壓的高精度測量是必需的步驟，或者需要在設備端添加校準器以確保提供精確電壓對待測物進行測試。 另一個對高精度電壓測量有著迫切需求的典型場景是鋰電池的分容化成。得益于新能源汽車的快速發展和儲能等新興產業的興起，鋰電池市場的需求日益增長，而良好的制造工藝則是確保鋰電池性能優勢的關鍵。分容化成是鋰電池生產過程中不可或缺的工序，它直接關系到鋰電池的首次效率、循環使用壽命、熱穩定性和安全性能。在這一過程中，精確的電壓測量至關重要，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備的整體測量精度，高精度電壓校準器能夠保障設備在穩定工況下的運行。考慮到化成過程中對溫度的嚴格要求，低溫度漂移特性也成為校準器的一項重要特性。 高性能集成式模塊化方案開啟精密電壓測量新紀元 在這些應用場景的推動下，與使用傳統的大型高精度桌面式電壓表進行測量相比，越來越多的企業傾向于將高精度的電壓測量單元集成到產線或系統設備端。正因為看到客戶僅需進行電壓測量或計算基于電壓測量值的相關參數如電流、功耗等，ADI特別為針對工業場景的這類需求推出了新型六位半集成式數字電壓測量模塊。 通常而言，六位半精度意味著測量值可顯示的第一位數字僅限于正負號和0/1，稱之為½位，而其它位數則可顯示0～9，稱之為一位。因此，六位半數字電壓測量模塊的顯示數值范圍在-1999999至1999999之間，若需測量極小電壓值，只需將電壓測量模塊調至低電壓檔位，以六位半的精度通常能測到100nV級別的電壓信號。 對于具備一定基礎的儀表開發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電壓等器件自制三位半或四位半的數字電壓測量模塊可能相對容易，但要設計出具有六位半精度的產品方案，并盡量縮小產品尺寸，無疑是一個巨大的挑戰。無論是低噪聲、小信號放大、長期穩定性，還是高精度電壓基準、低溫漂特性，這些關鍵要素都足以構成六位半數字電壓測量單元設計過程中難以克服的“九九八十一難”。 憑借在模擬和混合信號處理領域的先進技術和客戶服務經驗，ADI將模擬器件與增益設置電阻網絡等高精密測量單元集成到即插即用的模塊中，開發出了新型六位半數字電壓測量模塊化方案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，支持雙通道電壓測量，測量范圍為±20V，提供20V/2V/0.2V三種檔位的手動與自動調整，極大地方便了客戶的使用。 
此外，得益于ADI經驗豐富的工程師們對器件特性的精準掌握和調校，ADMX3652展現了業界領先的低噪聲、高精度和長期穩定性，發布后的實際使用測試顯示，在2V檔下，90天內的準確度優于25ppm。不僅如此，ADMX3652還支持自動零點校準（Auto Zero）、工頻周期濾波（NPLC）和滿量程校正功能，并具備輸入端的過壓保護，能夠在0至45°C的環境條件下正常工作，便于系統集成或適應客戶定制的測量系統。憑借其在電壓測量上的卓越性能，ADMX3652還可以幫助客戶完成相關電源IC產品的規格認證。 ADI一直秉持為客戶提供高質量、可節省時間并加快交付的解決方案，ADMX3652同樣出自經ADI官方認證的生產線，維持了一貫的高品質標準，且其深入的模塊化繼承技術確保了出色的噪聲控制和線性度，提供1KSPS的數據傳輸速率和精確測量，可通過UART接口進行控制，支持SCPI協議，能夠輕松實現高效、穩定、可靠的生產測試和測量設計。 可拓展性釋放創新潛能，高精度電壓測量覆蓋廣闊應用場景 ADMX3652的主要優勢在于其名片般的小尺寸便實現了超高精度的電壓測量，對客戶來說，這使得其能夠輕松地將其集成到系統中，利用MCU或FPGA通過UART接口發送指令來操控這款六位半數字電壓測量模塊，進而有助于降低系統的測試成本，使其能更專注于自己擅長的領域進行研發，拓寬更多潛在市場。
為此，ADI還提供了與這款六位半數字電壓測量模塊相配套的接口板，與之連接后即可轉換為移動式電壓測量模塊，通過完善的圖形化用戶界面（GUI）進行操作，利用數據記錄功能，將Excel中的數據轉換成圖表，在電腦上就能清楚地看到待測對象電壓值的變化，并可有效地記錄每一次測量數據，使客戶可以將ADMX3652無縫集成到測試系統中，免去了派遣工程師前往現場進行定期設備校準的必要，實時監測設備的電壓，從而節約了人力成本。此外，由于ADMX3652具備雙通道電壓測量功能，因此僅需外接一個分流電阻，便可根據其中一個通道中測得的電壓計算出相應電流，得出待測對象的功耗，有利于及時排查和預警設備故障等問題。
可以輕松實現系統集成是ADMX3652的另一顯著優勢。集成化方案可以回避傳統分立器件方案開發高精度信號鏈不可承受的開發成本和長開發周期，尤其是在那些各類傳感器的信號調理量測場景中，鑒于其適用的具體應用類別多樣而分散，如果為每款傳感應用單獨配置測量單元，產品方案開發成本將會非常高。而采用模塊化設計的ADMX3652數字電壓測量單元在保持高精度測量的同時，縮短系統開發周期，加速產品推向市場。 在一些科學研究的測量中，例如水質分析和空氣電離分析，也可以通過傳感器前端的數據采集使用ADMX3652進行精密電壓測量，通過數據分析獲取相應的科學指標。據悉，當前已有客戶正在使用ADMX3652測量樣品電壓以檢測水質純度，等等。 精密儀器是適合現場服務和自動測試以及研發和校準實驗室等各種應用，ADI長期以來提供各種獨特的精密測量產品系列，借助先進的半導體和封裝技術，為此類應用中實現電氣參數測量的下一代電子測試和測量解決方案奠定了堅實的基礎，推動了未來電子系統的研究、開發和生產。ADMX3652的問世，則是ADI不斷深入了解客戶實際應用需求，在細分化的市場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測的廣泛應用需求，未來這款新型六位半數字電壓測量模塊將持續升級迭代，幫助更多的企業開發更多具有潛力的應用市場。 |
