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是德科技最佳授權經銷商克達科技2017 台北/新竹/台中研討會

低功率裝置之功率分析完全攻略講座 1

低功率裝置之功率分析完全攻略講座

講師：馮育隆 Martin 0987-856086 [email protected]

成立於2011年3月

主要代理產品：

• Keysight Technologies

• Wilder Technologies

經營理念：

秉持著「誠信」、「服務」、「專業」的理念，在技術上積極創新，以實現「客戶優先，持續成長」的企業願景。

為Keysight 是德科技唯一產業界、教育市場及軍方市場之專業授權經銷商

關於克達



克達科技服務區域 2011年正式成為是德科技(Keysight) 經銷商重要夥伴

服務區域：產業界/教育單位 (北區和中部) 和軍方單位

新北市中和區中正路738號13樓之4 服務專線: 02-66200188

新竹縣竹北市高鐵七路65號6樓之11 服務專線: 03-6105168

台中市西屯區市政北一路77號5樓之7 服務專線: 04-36095688

服務據點： • 台北總公司：

• 新竹分公司：

• 台中分公司：

2017正式成為 Wilder Technologies 大中華區代理商

克達代理品牌- Keysight 是德科技（原安捷倫）

2014年8月，安捷倫科技(Agilent Technologies Inc.)

正式宣佈分拆更改電子量測公司的名稱──

是德科技(Keysight Technologies Inc.)



高速數位測試治具

高速數位測試治具均經國際認證單位認可 SAS 、 SATA、 Thunderbolt、 DiiVA、 DisplayPort、 HDMI 、 MHL、SFP+、 QSFP+、 Energy Efficient Ethernet (EEE) 高速數位測試治具

示波器

數位萬用電錶

單機/模組式電源供應器

多功能資料蒐集器

函數波形產生器

數位計頻器

各式電子量測儀器

克達科技

交流電源/功率分析儀PQA

信號產生器

網路/頻譜分析儀

LCR錶

Wilder Test Fixture

RF Cable & Connector

- 協助您解決測試上的瓶頸

提供您完整的顧問式銷售方案



議程

前言

挑戰耗電量測之天堂路

電池耗電優化的需求

客戶測試面臨的挑戰

• 挑戰是什麼？

• 如何去克服？

• 知道為什麼 Keysight N6780 SMUs 提供了獨一無二的方案

• 選擇適合的模組

超~精準之低電壓低功率ADC驗證

滴水Blue~抓緊漏電流完整測試量測

Power Supply is Everywhere

Power Distribution Network

AC/DC

or

DC/DC DC Power Rail



無線技術革命= 大量移動終端, 電池驅動設備

9

移動設備

便攜醫療健身設備

Zigbee, WLAN, BT, GPS

無線鎖方案

無線安保方案

水，氣，電錶遠端檢測

掃描器，庫存控制

電池續航時間非常關鍵

任何人都與電池驅動設備息息相關

電池續航時間是終端使用者最容易感受到的產品重要特性之一

11月 30日, 2010年在線採訪

Jon Rubinstein, CEO of Palm (現在併入 HP ) 有兩件事左右著無線產業的發展…

(1) 頻寬 (2) 電池壽命

複雜的設備耗電管理

增加電池的執行時間

各式應用對耗電的要求

難度極高的測試挑戰

http://www.geek.com/wp-content/uploads/2011/05/mifi_4510l_01.jpg

http://www.google.com/imgres?imgurl=http://www.kashina.net/products/mouse & keyboards/Wireless Mouse.jpg&imgrefurl=http://www.kashina.net/memory.htm&usg=__25NCzA2zemHk2Da5NUSbxp7gRWU=&h=325&w=285&sz=12&hl=en&start=8&zoom=1&tbnid=19_QHUnMknvddM:&tbnh=118&tbnw=103&ei=rCmXTtC-EuLTmAWhpbCWAg&prev=/search?q=wireless+mouse&hl=en&gbv=2&tbm=isch&itbs=1

http://i.testfreaks.com/blog/wp-content/uploads/2012/09/interactive_remote_control_home_security_systems.jpg



測試挑戰: 高動態範圍的電流量測

nA

A 工作時的電流脈衝

空閒時電流脈衝

休眠態電流脈衝

高動態範圍電流設備如移動終端，在休眠，空閒和全功率發射之間轉換時電流變化極大

在一個非常寬的動態範圍內，量測小電流和上升/下降非常快的脈衝電流時非常困難：

非常寬廣的動態範圍

電流信號快速變化（喚醒，發射，進入休眠態）

電流隨著設備和電路的工作狀態隨機變化

用現在的測試工具很難完成此類測試任務

uA

Keysight N6780 系列 SMU’s 解決了工程師的棘手問題：

測試動態電流從uA 級 (休眠模式) 到幾百 mA (工作模式) 到 Amp 級 (發射模式) 在一次測量中完成，測試準確度為 nA 級!

測試挑戰：示波器搭配電流勾表

– 示波器擁有足夠的高取樣率，但因為垂直解析度僅有8bits，加上電流勾表的限制，僅能達到mA~A的量測，且受限於記憶體，無法長時間的紀錄，以下是用KEYSIGHT MSO-X 6004A進行的量測

足夠的取樣率；不足的動態範圍



測試挑戰：電表

– 六位半電表擁有22bits的ADC，因此有足夠的寬廣量測範圍，可以從μA到A的完全觀測，但問題是取樣率太低，僅有10KHz，附件是使用Keysight 34410A所量測的資料，明顯的訊號失真。

足夠的動態範圍；不足的取樣率

-4.00E-05

-2.00E-05

0.00E+00

2.00E-05

4.00E-05

6.00E-05

8.00E-05

數列1

– 無線終端耗電特性：大範圍變化的動態電流，頻率在KHz

• 更高的電流測量精度:

- mA等級的休眠電流，甚至nA等級的漏電流都成為測試需求

• 動態電流變化範圍大：

- 從mA等級的休眠電流到A等級的發射電流

- 針對不同範圍電流都能提供連續，準確的測量

- 脈衝寬度窄，一般在幾百mS至nS等級

• 採樣速率和記錄時間:

- 更快的採樣速率，更長的存儲深度

無源裝置的耗電問題

500 mA/Div 2 ms/Div

Transmit current pulses

Receive current pulses

idle current



– 在手機發射接收時；

• 發射及接收脈衝為數百mS，但電流很大（667us, 發射時2A；接收時100mA);

• 發射間隔和接收間隔各為整個週期的1/8，但對平均電流貢獻很大（2A* 1/8 = 250mA + 100mA * 1/8 = 12.5mA);

• Idle部分電流較小（mA），但時間較長，平均電流2mA；

– 在手機待機狀態:

• 發射脈衝間隔更長（2.02A *0.1% = 2mA）;

• 接收脈衝 (100mA * 2% = 2mA);

• IDLE部分電流2mA；

如何準確的測量時間很短，但範圍從2A到1mA的電流？

無線通信產品耗電特點——脈衝電流

500 mA/Div

2 ms/Div

Transmit current pulses

Receive current pulses

idle current

GP

RS

手機發射

Tx及接收

Rx

耗電特性

發射功率對耗電的影響？



Range Measurement

Accuracy

3 A ± (0.03% + 200 A) TRANSMIT MODE

100 mA ± (0.025% + 7 A) STANDBY MODE

1 mA ± (0.025% + 80 nA) SLEEP MODE

10 µA ± (0.025% + 8 nA) FIXED RANGE

Se

am

less R

an

ge

Ch

an

ge

s

Am

pe

res

= 無縫量程切換點

無縫隙的電流量程切换 200 kHz, 18-bit ADC，達到28bit 的動態測量範圍

電池耗盡測試應用針對待測件使用時間最真實客觀的測試就是使用它的電池配合測試

• 記錄電池耗盡過程中電壓和電流值，以便了解待測件和真實電池作一個整體的運行情況

• 在這裡N6781A作為一個單純的測量設備進行電池耗盡測試：

• N6781A 保持輸出為零，作為一個無電壓降的電流表，消除所有可能的電壓降，最準確的測量線路裡的電流值

• N6781A 額外提供的電壓表端口可以用於監視記錄電池的輸出電壓值變化

+ _

0 Volts

A

真實電池 DUT

Aux In Voltage Measurement

電流表 Up to 4 per

mainframe

真實電池耗電電流 _

+ +

_

N6781A SMU



充電恒流恒壓模式驗証 - N6705C 1分鐘內完成手機充電曲線的驗証

配合14585A軟體進行電池耗盡測試

• 可同時紀錄最小值，平均值，最大值，電壓值，電流值以及功率值

• 在開機處和關機處的標記告訴我們:

• I avg = 233 mA

• V avg voltage = 3.82 V

• Charge = 843 mA-h

• Energy = 3.19 W-h

• Run time = 3 hr 38 min

• V shutdown = 3.44 V

Voltage

Current

Power

24 min/div

N6781A SMU 和14585A 軟件配合測量GSM/GPRS 手機的電池耗盡過程

通過測試數據可以發現：

• 放電量 (843 mA-h) 略小於指標(1000 mA-h)

• 關機電壓高於預期(target 3V)



N6705B電壓爬升波形 — 快速驗証手機充電管理模式

模疑輸入端的雜訊對充電管理的影響充电器输出V=4.5V， Freq=100 kHz, Vpp =100mV

恒流恒壓切換點電壓 = 3.624V



是德 N6780 系列 SMUs

提高電池的續航時間：只有是德 N6780 系列 SMUs 能夠讓你一次完成從 nA 到 A

級電流的視覺化量測，從而幫助你優化電池的續航時間

−出色的電源輸出: 準確的模擬電池

−無與倫比的測試功能: 測試你以前認為不可能的測試

−強大的分析功能: 幫你看到你設備耗電的各項細節

您可以…

20W 2-象限 SMU 模組

電壓源

電流源

電子負載

“無突波” 源輸出和測試

多個量測範圍

快速的暫態回應，用於GSM 測試

非常穩定，容性負載可到 150 µF

輔助電壓量測輸入，用於電池耗電電壓下降測試

測試

• 內建200 KHz 速率數位化儀

N6781A 電池耗電分析

N6782A 功能測試

多合一

解決電池耗電測試，分析和功能測試需求的理想方案

新的 N6784A

4-象限 SMU 通用型測試

24



80 W 2-象限 SMU 模組

與20 W N6781A 和 N6782A性能相同但是功率可達80 W

N6785A 等同於 N6781A

N6786A 等同於 N6782A

N6785A 用於電池耗電測試

大功率設備電池耗電測試的理想方案 25

N6786A 用於功能測試

N6700 主機和軟體

選擇正確的主機：

直流功率分析儀+ 配套軟體

• 模組化，非常靈活 • 適合研發工程師的各種探究實驗

系統用扁式主機

• 模組化，非常靈活 • 適合系統的高速的測試能力 • 小的尺寸節省系統空間

電池耗電分析的通用平臺

• 30多個模組可工作於任何主機 • 同樣的模組用於研發, 設計驗證和生產



N6700 主機和軟體

基於PC 的應用，可以完成前面板不能完成的功能

易用的人機界面

擴展了 N6705B 的功能

波形生成功能(更多波形, 捕獲波形導入功能, 利用公式產生新波形)

示波器和資料記錄器功能 (大的顯示介面, 更多地曲線)

增加的新功能

資料記錄直接存儲的硬碟

記錄波形和重放功能

電池 rundown 測試, 統計分析/CCDF)

支持所有 30多個 N6700 直流模組

14585A 控制和分析軟體

誰需要它?

國防航太

手持終端

平板

軍用電臺

消費電子

手機

平板

電子書

平板手機

半導體

功率器件

• PA, PMIC,

Processors

子積體電

路

醫療

心臟

起搏器

其它植入

設備

汽車

≤ 20 V

娛樂系統

電動汽車

電子

高功率 (> 20 W) 的電池驅動設備



Output Sequencing:

Timing is everything Can control output sequencing between modules with 1 ms resolution

Can control slew rate from 1 ms to 10 seconds for 0 to max V transition

Useful for powering up devices, PC boards, or subassemblies that require control of multiple bias supplies during startup

Can also set the output off sequence independently

Extendable across mainframes for > 4 outputs

Module 1

Module 2

Module 3

V1

V2

V3

Delay 2

Delay 3

Delay 4

Module 4

V4

OUTPUT ON

Simulating Transients on Vehicle Power System

Noise Test for DC-to-DC Converters

N6705C Setup and Output Desired Power Signal

N6705C Setup and Output Desired Power Signal



Biasing Multiple Input Voltage Devices in R&D

Ex: ATX PC motherboard requires a specific power-on sequence to power the board

Ex: A disk drive test requires two DC inputs: a 12 V simple bias for basic power and a 5 V test signal. A

drop out pulse of varying width is asserted on the test signal to test how wide a pulse the DUT can handle

Simulating Power Interruptions for DC Input Devices

Desired Power Signal N6705C Setup and Output

Desired Power Signal N6705C Setup and Output

選擇正確的解決方案

推薦使用 N6781A 或 N6785A (取決與所需功率) 模組和 N6705B 主機 (選件 056，軟體 license) 和 14585A 軟體

提高你的手機和設備電池的壽命

http://literature.cdn.keysig

ht.com/litweb/pdf/5991-

0519EN.pdf

使用解決方案手冊

http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5991-0519EN.pdf










您還有更多的選擇

N7900A 1KW&2KW APS DC SOURCE

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CX3300 元件電流波形分析儀



您還有更多選擇

靈活易用的射頻測試方案

助力更可靠的物聯網

降低測試成本

保證產品性能

總結和關鍵點

提高電池的續航時間：

只有是德科技N6780 系列 SMUs 能夠讓你一次完成從 nA 到

A 級電流的視覺化測量，從而幫助你優化電池的續航時間

−出色的源輸出: 準確的模擬電池

−無與倫比的測試功能: 測試你以前認為不可能的測試

−強大的分析功能: 幫你看到你設備耗電的所有細節



議程

前言



16Bits 低功率 ADC驗證測試

OCXO驗證測試

• A/D & D/A converters

• High precision analog IC and circuitry

• RFICs and circuitry

• Voltage controlled oscillators (VCOs)

• Solar cells and the interface circuitry

• Crystal oscillators

Applications

The B2961A/62A Simplifies Electronic Circuit Final Verification, Validation & Debug

Excellent Linearity

Variable

Duty Cycle

6.5 digit source resolution Voltage Source Mode

Current Source Mode

Convenient FG/PG*1) function provides highest accuracy and

stability available (basic accuracy 0.02 %, 1 mHz -10 kHz)

The B2961A/62A is High Speed Current/Voltage Source with

0.02 % basic accuracy & waveform monitor function

*1) FG: Function Generator

PG: Pulse Generator

Ultra-low noise performance down to enables noise sensitive

device development (10 µVrms*2), 1 nVrms/Hz@10 kHz)

*2) 10 Hz to 20 MHz



ADC的驗證

B2961A/B2962A 低雜訊電源輸出

精準度的比較: ADC （1Vpp 滿量程）

001 010 011 100

LSB

001 010 011 100

LSB

ADC (3V 滿量程) ADC (1V 滿量程)

B2961A/B2962A’s 高精密度和低雜訊的輸出能力 (10 μVrms 雜訊, 6 位半和 100 nV/10 fA 的精度) 能幫助你評估敏感的器件。

AD 轉換器的精度

最小

步電壓

Keithley 2601A/02A

電壓源的表現

B2961A/62A

電壓源的表現

(LSB) 5位半雜訊

(RMS)

6位半雜訊

(RMS) 精準度精準度

8-bit 3.9mV

5μV 3mVrms 100 nV 10 μVrms

(*) 12-bit 244μV

16-bit 15μV

重點： 1.為了降低功耗,AD轉換器的

電壓供電持續地下降。

2.然而,器件的性能卻必須保持或提升。

*) B296xA 和 ULN 濾波器, 10Hz到20MHz帶寬

732μV/step @12-bit, 3V scale

244μV/step @12-bit,1V scale



Measurement Example using N1294A-020 HC-ULNF Option

Voltage Controlled Oscillator

(Mini-Circuits: ZX95-1200W-S)

Connections

Vcc: B2960A + HC-ULNF

RF Out: E5052B

Oven Controlled Crystal Oscillator

(OSCILLOQUARTZ: 8788-BS)

Connections

Vcc: B2960A + HC-ULNF

RF Out: E5052B

Stable results with sourcing

200 mA current into Vcc

Characteristics are clearly evaluated

using the optional ULNF

The B2961A/62A shows World’s Best Performance for Physics, Chemistry & Biotechnology Evaluation

The B2961A & B2962A are highly stable current/voltage sources ideal for evaluating the

physical properties of materials and many types of samples

• Resolution to nA & µV

• Both DC & Dynamic (1mHz~10kHz) outputs

• Graphene

• Polymers

• Ceramics

• Metals

• Dielectrics

• Semiconductors

• Electrochemical

• Chemical Material

• Organic Material/Device

• Bio sensing

Applications



Key Features: • Precision : 6.5 digits, 100 nV/10 fA sourcing resolution

• Low Noise : 10 μVrms output noise with optional filter

• Innovative function : Wide output AWG function, programmable output resistance

• Innovative GUI for easy-to-set output and debugging

Introduced Nov 2012

A revolutionary power supply for precision

and low-noise voltage/current sourcing

Qualify • Do you need precise setting resolution?

Sell B2960A series

• Do you need “ultra-low noise” output?

Sell B2960A with N1294A-020 or N1294A-021

• Do you need both ”low noise” and “wide

output”? Sell B2960A with N1294A-022

Competitive advantage (No direct competitor)

Keysight B2960A • Precision 6.5 digit, 100 nV/10 fA resolution

• Innovative GUI

Keysight B2960A

with N1294A-020

• Ultra-low noise output - 10 μVrms

• 21 V / 500 mA output

Keysight B2960A

with N1294A-021

• Ultra-low noise output - 10 μVrms

• 42 V / 105 mA output

Keysight B2960A

with N1294A-022

• Low noise and wide output

• 350 μVrms output noise

• 210 V / 3A DC output range

Model Filter

Option

Voltage Noise Max output Source resolution ARB

10Hz to

20MHz Power Voltage DC Current

Pulse

Current Digit Voltage Current Memory

Built-In

Functions

B2961A

B2962A

--- 3 mVrms 31.8 W ±210 V ±3.03 A ±10.5 A 6 ½ 100 nV 0.01 pA

100 k

points

Sine, Square,

Trapezoid,

Ramp, Triangle,

Exponential

User defined

Low noise 350 μVrms* 31.8 W ±210 V ±3.03 A --- 6 ½ 100 nV 10 pA

Ultra low noise 10 μVrms* 4.4 W ±42 V ±105 mA --- 6 ½ 100 nV 10 pA

High current ultra low noise 10 μVrms* 10.5 W ±21 V ±500 mA --- 6 ½ 100 nV 1 nA

Options and accessories

Model Option Description

B2961A

B2962A

A6J ANSI Z540 compliant calibration

UK6 Commercial calibration certificate

with test data

1CM Rack mount kit

N1294A

001 Banana-triaxial adapter for 2-wire

002 Banana-triaxial adapter for 4-wire

020 High current ultra low noise filter

021 Ultra low noise filter

022 Low noise filter (210 V/3 A)

031 GPIO-BNC Trigger adapter

Dramatically reduced by low

noise filter option

Noise level of typical

switching power supply

議程

前言



滴水Blue~抓緊漏電流完整測試量測

電容漏電流測試



漏電流量測

等效電容示意圖

IL=Vs/Rp

漏電流量測

總漏電流的組成



漏電流量測

– 主要分為Floating&Grounded

不同元件的測試方式

漏電流量測

利用B2980A系列進行量測

參考文獻：http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5992-

1307EN.pdf?id=2693044

http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5992-1307EN.pdf?id=2693044






Well-Proven, Specialized Accessories Are Available Accessories Optimized for Efficient High R Measurement

16008B

Resistivity cell

• for measurement of surface

or volume resistivity of

insulation materials

16339A

Component test fixture

• for measurement of SMD,

lead and various types of

devices

N1414A

High resistance measurement

universal adapter

• for simplifying the cabling

when making resistance

measurements

16117B/C

Test lead

• 350 μVrms noise density

• Up to 210 V, 3 A

N1413A

High resistance meter fixture

adapter

• for connection with

16008B, 16117B/C and

16339A

Accessory catalog for B2900 family is available:


Keysight B2980A Series Key Specifications

Model Number Femto/Picoammeter Electrometer

B2981A B2983A B2985A B2987A

Measurement resolution 6½ digits 6½ digits 6½ digits 6½ digits

Current measure range 2 pA – 20 mA 2 pA – 20 mA 2 pA – 20 mA 2 pA – 20 mA

Min. resolution 0.01 fA 0.01 fA 0.01 fA 0.01 fA

Resistance measure N/A N/A 10 PΩ 10 PΩ

Voltage measure range N/A N/A 2 V, 20 V 2 V, 20 V

Input resistance N/A N/A > 200 T > 200 T

Charge measure resolution N/A N/A 1 fC 1 fC

Voltage source N/A N/A Up to ±1000 V Up to ±1000 V

Min. resolution N/A N/A 700 μV 700 μV

Temp. measurement N/A N/A

Humidity measurement N/A N/A

Battery operation N/A N/A

Reading rate (rdg/s) 20,000

Control Interface GPIB, USB 2.0, LAN(LXI Core 2011)




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