#電源設計 #量測T&M #一致性認證 #NFC/RFID #無線充電聯盟WPC #Qi
【測試規範版本多,切莫「掛一漏萬」失商機】
量測工作除了力求精確,還須留意「協定版本不一」的問題。以 NFC 規格演進為例,在首個射頻 NFC 標準——ECMA 340 出爐之際 (後被整編成 ISO/IEC 18092),Europay、Mastercard、Visa 等金融機構卻捨棄 JIS X 6319-4、力拱基於 ISO/IEC 14443 A、B 的付費標準 EMVCo。最後,兩大體系決議將空中介面一致化,並分別命名為 NFC-A (基於 ISO/IEC 14443 A)、NFC-B (基於 ISO/IEC 14443 B) 和 NFC- F (基於 FeliCa,由 Sony 所開發的非接觸式晶片卡技術)。
有測試業者看好無線充電後勢,復有鑑於不少高階晶片卡或智慧手機已將 NFC 和無線充電整合,將帶動綜合量測需求,緊跟 WPC (無線充電聯盟)「Qi」規格推出驗證產品。無線充電亦如是;感應式 (Inductive) 和共振式 (Reasonable) 產品先後問市,將促使量測技術不斷精進。共振式充電須以高功率的網路分析儀檢測電力傳輸是否有不匹配狀態,感應式由於收發距離貼近,並無此顧慮。這或許也是一開始走感應式路線的 Qi,商用化腳步較快的原因。
目前 Qi 測試仍有五大挑戰須克服:電力量測精準度、天線耗損特性、電壓/電流量測同步偏移校正 (deskew)、異物偵測過程,以及自動計時量測。開發商須確保以下任務達標:發送端的電力須與接收端的期望一致、降低空中電力損耗、使用者的系統安全以及充電時間與電量的估算,任一環節稍有差池,輕則短路、重則有爆炸風險。現今 Qi 發送端的傳輸電力已從 5W 提升至 15W,更易導致金屬發熱,如何量測充電裝置的極限並設定理想臨界值,攸關充電效率與安全。
延伸閱讀:
《Micropross & 筑波科技:測試規範細節多,一致性認證不容輕忽》
http://compotechasia.com/a/____/2016/1114/34037.html
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#Micropross #筑波科技 #MP500 TCL3 #MPManager
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#電源設計 #電源管理晶片PMIC #物聯網IoT #奈米電流 #無線醫療裝置
#量測T&M #直流電源分析儀 #電池模擬器 #電源供應器 #電源量測單元SMU #電源管理單元PMU #分流器Shunt #資料擷取DAQ
【IoT 連網裝置電流變動大,如何捕獲一閃而過的致命缺失?】
在額定電壓下,物聯網 (IoT) 裝置的模組間工作電流往往得錙銖必較,以「奈米」尺度做計算,才能符合低雜訊、低功耗需求 (P=I x V,功率為電流、電壓乘積);這意謂裝置在設計上除了減少電流消耗,也要顧及實際應用細節。以無線醫療裝置為例,因電池供電有限,又需透過藍芽與智慧手機配對連結,電量掌握與數值讀取格外重要;確保使用者能如常追蹤生理資訊,供醫師作為診療參考或在數據出現異常時自動上傳。同時,了解電力消耗情況和剩餘電量,知道何時該充電。
電池供電的裝置多會採用電源管理方案來節能,而等待逾時 (wait for timeout) 和休眠、待機的時間點拿捏、裝置的靈活使用效率與電池續航力息息相關。對開發人員來說,利用示波器長時間記錄電流變化,累積時間與電流資料做積分、模擬耗電情境,找出電流波動的峰值極限 (Peak limit) 是關鍵。若運作中的電流超出可輸出的容量太多,裝置的電力很快就會耗盡;而如何分析電流在實際情境下的脈衝、減少超標峰值出現機率、降低充放循環等,都有賴精確量測儀器做輔助。
一般分流器 (Shunt) 搭配資料擷取 (DAQ) 設備是最常見的簡易量測方式,但使用分流器做電流轉換的峰值電壓容易出界,即使是一般直流電源,待測物的暫態電壓亦可能超出範圍;須花費很多心力去選用不同的分流器、長時間記錄,並做編程和數據誤差修正——傳統測試設備大都有固定偏移誤差,會限制電池的電流量測抽載訊號的表現。偏偏 IoT 連網裝置的動態範圍很大,連網瞬間的電流會急升至安培 (A) 等級,休眠時又回落至奈米安培 (nA)……
一般示波器偵測到 100 微安培 (μA) 已是極限,且縱軸電流解析度只有 8~10 位元;加上選擇適當分流以量測到極低電流,並在高電流下耐受負擔電壓幾乎不可能,記錄時間又不夠長,根本不足以應對!於是,直流電源分析儀、電池模擬器、元件電流波形分析儀等改良式量測工具相繼出籠;另為補強電源量測單元 (SMU) 僅能模擬靜態狀況、無法捕捉曇花一現的瞬間波動之憾,可借助「電源供應器」(Power Supply) 動態模擬電池行為,再經由電流—電壓對照表換算電量。
延伸閱讀:
《Keysight:電路設計、工作模式與電池充放循環影響甚鉅》
http://compotechasia.com/a/____/2016/1114/34041.html
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#直流電源供應器 #先進電源系統APS #電池模擬器
【以「可編程直流電源供應器」模擬電池充電狀態,好處多多】
隨著電池功率密度與先進電源管理技術不斷提升,即便相當耗電的裝置,現都已提供「純電池」供電的選項;從迷你的能量收集裝置、到無所不在的智慧型手機,從家用工具/電器到純電動車皆然。但是,研發工程師在開發電池供電裝置時,不能只使用電池進行例行測試;除非備有非常大量、預設在各種不同充電狀態的電池,否則如何驗證在各種不同充電狀態下,電池供電裝置的設計是否可行?
一旦用於測試後,每顆完成充電的電池,又需要恢復到相同的充電狀態,以備下次使用。這雖然可行,但相當不切實際。另一個方法是:單獨使用真正的電池進行測試,但每次測試前都需費事地將電池設定在指定的充電狀態。這顆電池必須充電或放電,以符合每次測試的充電狀態要求,準備過程非常耗時。如果,使用可設定的電子電池,也稱為「電池模擬器」,可減少冗長的電池準備時間。
相較於使用真正的電池測試,電池模擬器可降低測試的設定時間、建立更安全的測試環境、並提供具重複性的測試結果。在正常溫度與充放電率下,使用電池是安全的;可惜測試過程中,有時會發生無法預期的狀況,例如,設計階段的待測設備可能無法適當運作,並導致電池過度充、放電的狀況。更糟的是,待測裝置可能受損或進入無法預期的狀態,進而引發火災、爆炸和化學品洩漏的風險。
反之,電池模擬器比真正的電池更加安全。電池模擬器包含過電壓與過電流保護等電子式保護電路,可在測試出現問題時中斷測試。此外,手動將電池設定成指定的充電狀態時,很難保證其準確性;通常要先將電池完全放電再充電,以達到指定的充電狀態。如此額外的電池充、放電循環,可能加速電池老化、改變電池特性,無法確認電池是否達到指定的充電狀態,導致測試結果不一致。
然須留意的是,典型電源供應器具有三項不同於電池的特性,並不適合用來模擬電池:首先,電源供應器通常有非常低且固定的輸出阻抗;其次,電源供應器的電源不會使用殆盡;第三,電源供應器是電力來源,但電池既可供給電源 (放電),也會汲取電源 (充電)。因此,必須選用支援二象限電壓源和串聯電阻組成,並具備可程控輸出電壓與電阻的「直流電源供應器」,才能有效模擬充電狀態與電池老化效應。
延伸閱讀:
《使用電源供應器模擬電池的重要優勢》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2016/0725/32565.html
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