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双脉冲动态测试系统中,探头应该如何选择?

来源:探头之家 2024-04-03 浏览次数:253

双脉冲测试是评估功率半导体器件动态特性的重要手段,包括MOSFET、IGBT等。拥有一套双脉冲测试平台是获得正确评估结果的第一步,除了基础设备测试板、电源、信号发生器、电感、示波器等,本文重点介绍探头部分,看完可以对探头选型有一个清晰的认识。

  双脉冲测试是评估功率半导体器件动态特性的重要手段,包括MOSFET、IGBT等。拥有一套双脉冲测试平台是获得正确评估结果的第一步,除了基础设备测试板、电源、信号发生器、电感、示波器等,本文重点介绍探头部分,看完可以对探头选型有一个清晰的认识。


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一、双脉冲测试中 探头的重要性

      大部分工程师都低估了探头的重要性。没有探头,示波器就发挥不了准确的作用,探头使您能够观察被测设备更真实的状况。目前市场上可以选择的探头有几百种,但为您的特定测量选择合适的探头以便获得准确的观测结果至关重要。许多工程师认为示波器标配的无源探头已经足够好,但事实并不是这样。如果您的应用使用了错误的示波器探头,轻则得到错误的测量结果,严重的还可能造成事故损坏仪器设备。

      比如在双脉冲实验中栅极探头用的是被动探头搭配同轴分流器,由于共地回路形成的负电流造成分流器烧毁的用户,不在少数,探头之家也有关于这个问题做了专门的实验,详情请点击链接阅读这篇:GaN 器件双脉冲实验中负电流问题


二、双脉冲测试中需要用到哪几种探头

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双脉冲动态测试电路图

一般双脉冲实验中主要测量Vgs、VdsIds三处信号,

VgsVds都可以使用光隔离探头或者差分探头,考虑设备及人员安全,一般不推荐用被动探头。

Ids一般使用无感同轴分流器,条件允许的话可以增加一个罗氏线圈加以佐证。

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测试板及探头演示图例


三、双脉冲测试中 探头的选择 
       主要考虑哪几个维度


1、高精度

      a、电压探头方面,首先推荐光隔离,光隔离探头就是一种利用光来隔离和传输信号的探头。因为介质是光,所以在应用中更加便捷、灵活,适合于一些对体积和重量有较高要求的场合。相对而言,差分探头则更多的是采用了差分信号处理技术,用于提高信号的稳定性和可靠性。在这一点上,光隔离探头的特点就显得更加重要了,它能够保证信息的准确传输和接收,避免了信号传输中的误差和干扰,光隔离探头是判定其他电压探头所测信号真实性的终极裁判。

      b、电流探头方面,目前应用最广泛的是美国T&M公司的CVR高频无感同轴分流器,0.2%超高电阻精度,极低电感。

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无感同轴分流器&测试板 图例

2、高带宽

      有些客户使用高端示波器,但测量出来的波形任然失真的离谱,问题通常出在信号采样前端:探头。如果探头的带宽不够,示波器的带宽再高也是无用,瓶颈效应。

在双脉冲测试中,务必选择具有足够带宽的探头。一般来说,为准确地进行幅度测量,示波器和探头的带宽应比被测的波形频率高五倍。带宽不足会使信号失真,使您很难做出明智的工程测试或设计决定。高的带宽可以看到更多细节。

      光隔离探头和同轴分流器在带宽方面的优异特性就非常突出,目前上市的光隔离探头,如PMK的最高带宽可达到1.3和1.5GHz,泰克、力科、麦科信最高带宽可达1GHz,知用可以做到500M。

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T&M的同轴分流器带宽从400M~2GHz可选。

高压差分探头一般能达到200MHz的已经寥寥无几,PMK的BUMBLEBEE可以达到400/500MHz,遥遥领先;国产品牌的后起之秀麦科信的MDP系列现在已做到300~500MHz,;国产知用的DP6000系列也已升级到500MHz;还有一些可以做到200M的,如泰克的THDP0200,德国TESTEC的TT-S18052,国产埃用的HDP1520也都是性能非常不错的高压差分探头。

    双脉冲测试用到的探头中, 带宽频率比较弱一点的是罗氏线圈,目前大部分应用的都是到30MHz,这是因为它要穿过狭窄的器件管脚,物理尺寸做到了极限,设计构造限制了它的带宽发挥。部分闭合圈可以达到50/100M.

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双脉冲探头搭配实例

3、高共模抑制比

     放大电路对差模信号的电压增益与对共模信号的电压增益之比绝对值,因为我们要抑制零点漂移,所以共模电压增益越小越好,而差模电压增益越大越好。CMRR指标越高,说明隔离探头的性能越优良。一些高性能的高压差分探头能做到DC:80dB就已经非常优异了,而光隔离探头的超高共模特性这时候就体现出来了,目前PMK和麦科信可以达到DC:180dB,泰克和力科达到DC:160dB。

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双脉冲门极实测波形图例

4、安全浮地测量

不管是差分探头还是光隔离探头,都是为了隔离。安全的浮地测量,保证了人员和设备安全。

有时候您所接的地不一定是真正的地,再次提醒各位谨慎使用被动探头。

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PMK高压差分探头BUMBLEBEE(图)

5、合适的量程

选择合适的量程,可以最大程度上提高测量精度,不管是电流还是电压探头,接近探头量程值测出来的数据更准。罗氏线圈之所以有做那么多量程分型,也是这个原因。差分探头一般也会有2个档位,像PMK的BUMBLEBEE大黄蜂就有4个档位量程。而光隔离探头在这方面就更加的灵活,同款主机可以选配多种不同电压量程的变比档位,以满足不同大小电压的测量需要。

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光隔离探头衰减器例图

6、灵活的连接

 这个连接一般是指匹配的示波器,比如像泰克等一些品牌的探头,不仅只能连接泰克同品牌的示波器,而且必须搭配4系或5系的高端示波器。像PMK等品牌就对示波器品牌没有限制,但是一般也建议用高性能高带宽的示波器,以保证接受更真实可信的测量数据。

7、高温及耐压等

现在很多应用中需要考虑器件发热的等情况,这就不得不考虑使用耐高温的探头,目前耐高温领域只有2种探头:

电压探头:PMK的光隔离探头选配组件超高耐温达155℃

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电流探头:IWATSU罗氏线圈SS-280A-H系列耐高温达150℃

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另外,罗氏线圈在选型时要考虑线圈的绝缘耐压,不同系列的耐压值不同。


四、双脉冲测试中探头应该如何配置

看完以上几点相信已经对探头的指标参数及大部分品牌有了清晰的认识,可以根据自己的测试需求选择合适的探头产品。


1、从指标方面考虑

选择高性能的探头可以得到更可靠、更精确、更专业、更安全、更全面的测量数据。PMK&IWATSU和T&M作为高带宽高精度高性能的领先代表,已经在国内外大厂广泛使用并得到客户的验证好评。


2、从预算成本方面考虑

部分进口产品成本较高,如果超出预算范围,可以考虑国产品牌中指标够用的型号,例如麦科信的光隔离探头OIP系列和高压差分探头MDP系列,经过探头之家多次实验验证,性能过关,值得推荐。

3、如果您有选择困难症,可以交给专业的团队

探头之家作为功率半导体测试领域的优质供应商,代理全球一线品牌中高端探头,为双脉冲测试提供多种先进的电流和电压探头产品,可以根据您的测试需求和预算,量身定制全套双脉冲动静态测试设备。

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