一種新的軟件時(shí)序偏差校準(zhǔn)方法加速雙脈沖測(cè)試進(jìn)程

雙脈沖測(cè)試中一個(gè)重要目標(biāo)是，準(zhǔn)確測(cè)量能量損耗。在示波器中進(jìn)行準(zhǔn)確的功率、能量測(cè)試，關(guān)鍵的一步是在電壓探頭和電流探頭之間進(jìn)行校準(zhǔn)，消除時(shí)序偏差。

雙脈沖測(cè)試軟件（WBG-DPT)在4系、5系和6系示波器上均可使用，該軟件包括一種新的專(zhuān)為雙脈沖測(cè)試設(shè)計(jì)的消除時(shí)序偏差（deskew）的校準(zhǔn)技術(shù)。這種新的方法與傳統(tǒng)方法大有不同，測(cè)試速度顯著加快，縮短了測(cè)試時(shí)間。

該技術(shù)適用于使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管或 IGBT 的功率轉(zhuǎn)換器。在本篇文章中，我們將使用 FET 術(shù)語(yǔ)，來(lái)使得描述簡(jiǎn)單明了。

為什么要消除時(shí)序偏差（deskew）？

在設(shè)計(jì)任意一種功率變換器時(shí)，都必須盡量減少開(kāi)關(guān)過(guò)程中的能量損耗。這種能量損耗可以使用示波器進(jìn)行測(cè)量。一般方法是將同一時(shí)刻的電壓和電流采樣相乘，生成功率波形。

p(t) = v(t)*i(t)

由于功率波形表示隨時(shí)間變化的能量消耗，因此可以通過(guò)對(duì)功率波形進(jìn)行積分來(lái)確定能量：

E = ∫p(t)dt

要準(zhǔn)確測(cè)量能量損耗，電流和電壓波形的轉(zhuǎn)換應(yīng)在時(shí)間上保持一致。因此，為了準(zhǔn)確進(jìn)行能量損耗測(cè)量，設(shè)計(jì)者必須矯正測(cè)試夾具和探頭造成的延遲。

一般來(lái)講，在測(cè)試裝置上開(kāi)始任何測(cè)量之前都要計(jì)算探頭之間的偏差。對(duì)于低電壓應(yīng)用，可以使用函數(shù)發(fā)生器和時(shí)序偏差校準(zhǔn)夾具（deskew 夾具）（Tektronix P/N 067-1686-03）進(jìn)行校準(zhǔn)。但是，這種方法對(duì)于高電壓和大電流應(yīng)用而言，并非最佳選擇。

為了匹配更高功率下低壓漏-源極電壓（VDS）和漏極電流（ID）的測(cè)量，傳統(tǒng)技術(shù)需要重新布線測(cè)試裝置。這要求移除負(fù)載電感，并用電阻取而代之。接下來(lái)進(jìn)行測(cè)量，需要匹配 VDS 和 ID 測(cè)量值。這個(gè)過(guò)程可能需要一個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。

一種新的時(shí)序偏差校準(zhǔn)（deskew）方法

泰克 WBG-DPT 解決方案是業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的基于軟件的時(shí)序偏差校準(zhǔn)(deskew)技術(shù)，無(wú)需重新布線，只需在進(jìn)行雙脈沖測(cè)量后即可執(zhí)行。在新方法中，采集漏極電流 (ID) 用作參考波形。在導(dǎo)通期間，利用測(cè)試電路的參數(shù)模型計(jì)算出低壓側(cè) VDS 對(duì)齊波形，其計(jì)算后的波形參考 ID 波形，相對(duì)于 ID 沒(méi)有時(shí)序偏移。消除時(shí)序偏差的算法確定計(jì)算出的 VDS 波形與測(cè)量出的 VDS 波形之間的時(shí)序偏差。然后將deskew校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)修正到 VDS 測(cè)量通道。

時(shí)序偏差校準(zhǔn)過(guò)程

如上所述，時(shí)序偏差校準(zhǔn)可在測(cè)量后進(jìn)行。在開(kāi)始雙脈沖測(cè)試時(shí)，無(wú)需擔(dān)心 VDS 和 ID 之間的偏差，隨后選擇deskew設(shè)置并提供以下參數(shù)：

• 探頭阻抗 - 在本文中假定為電流檢測(cè)電阻(CVR)或分流電阻
• 有效"回路"電感
• 偏置電壓（低壓側(cè) FET 關(guān)斷時(shí)兩端的平均 VDS）
• 差分階數(shù)（模型用于平滑的濾波器階數(shù)）

圖 3. 用于建立 VDS_low 對(duì)齊波形的等效電路。該電路假定使用一個(gè)電流觀察電阻來(lái)測(cè)量 ID。

在deskew菜單中輸入的參數(shù)用于構(gòu)建 VDS 對(duì)應(yīng)波形。波形使用基爾霍夫電壓定律建立：

其中

VDD - VDS_high 表示電源軌電壓和高壓端場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET上的壓降。需要注意，在開(kāi)啟期間，由于 VDD 是固定的，而 VDS_high是高壓端場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET本體二極管上的電壓，所以這個(gè)量是恒定的。

• Rshunt是分流電阻。
• ID 是根據(jù) Rshunt 上的壓降測(cè)得的漏極電流。
• dID /dt 是測(cè)得的漏極電流變化率。
• Leff 是整個(gè)電源回路的有效電感。

如上所述，在開(kāi)啟期間，VDD - VDS_high 實(shí)際上是恒定的。Rshunt和Leff 也是恒定的。 這意味著模擬的 VDS_low 走線波形是 ID的函數(shù)。

配置完參數(shù)后，用戶(hù)按下 WBG 的deskew按鈕。系統(tǒng)將根據(jù)指定的參數(shù)和漏極電流生成 VDS 的數(shù)學(xué)模型。 該波形將顯示在屏幕上。

圖 4. 根據(jù) ID 計(jì)算出的 VDS 對(duì)齊波形與測(cè)量的 VDS波形進(jìn)行比較。偏移是對(duì)齊波形和測(cè)量波形之間的時(shí)間差。計(jì)算出偏斜后，就可以從ID 波形中去除偏斜。

如上圖所示，有效電感Leff考慮到了整個(gè)環(huán)路的 "疊加 "。因此，Leff 通常是未知的，而這個(gè)參數(shù)需要反復(fù)調(diào)整。簡(jiǎn)單地將糾偏過(guò)程反復(fù)運(yùn)行，并對(duì) Leff 進(jìn)行調(diào)整，直到計(jì)算出的對(duì)齊波形和測(cè)量出的 VDS波形具有相同的形狀。如果計(jì)算出的 VDS對(duì)齊波形與測(cè)量的 VDS波形在形狀上存在差異，可以調(diào)整參數(shù)并再次運(yùn)行校準(zhǔn)時(shí)間偏差。

一旦參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確，對(duì)齊波形和測(cè)量波形將具有相同的形狀，系統(tǒng)就能確定并糾正偏斜。偏斜值顯示在Deskew設(shè)置中，并自動(dòng)應(yīng)用于連接 VDS信號(hào)的通道。

這一新流程可以準(zhǔn)確地計(jì)算偏斜值，并將時(shí)序偏差校準(zhǔn)時(shí)間從一小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間縮短到 5 至 10 分鐘。