先進的儀器儀表解決方案
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精密儀器儀表在多功能測量設備、現場服務、自動測試以及研發 和校準實驗室等應用中扮演著重要角色。ADI憑借超過50年的專業 積累和豐富經驗，以客戶挑戰為出發點，設計了一套完整精密技 術信號鏈，提供全面的硬件、軟件/和固件集成解決方案。
本文重點介紹了四款先進儀器儀表解決方案：精密阻抗測量模 塊、超低失真信號分析儀模塊、低延遲開發套件和數字控制高壓SMU。ADI利用現成可用的平臺和尖端集成電路設計技術， 提供給客戶良好的、高性能參考設計和電路板或模塊級解決方 案，幫助客戶降低研發成本，加快研發進度。
表1顯示了部分ADI儀器儀表解決方案，這些產品均在官網上發布。
表1 儀器儀表解決方案一覽表（按儀器儀表細分市場羅列）
阻抗測量分析儀模塊ADMX2001
阻抗是許多測試中衡量質量的一個關鍵指標，通過復雜阻抗可以 了解組件在不同頻率下的性能，對質量控制、濾波器設計、組件 健康測試、表征和評估組件是否滿足系統要求起到幫助。雖然數 字萬用表DMMs可以測量電阻，但只能捕捉到實部，無法提供包含 實部和虛部的復阻抗信息，通常也不能測量電容或電感。
測量復雜阻抗對于許多應用至關重要，一般涉及的阻抗測試 包括：
? 電感：全頻率范圍內的電感并找到諧振頻率，測量損耗、電 感與直流偏置的關系并評估寄生現象；
? 電容：頻率范圍內交流幅值下的電容的測試，確定等效串聯電 阻、品質因素和耗散耗散因子，以表示不同頻率下的損耗；
? 電阻：確定頻率范圍內寄生電容電感的影響；
? 二極管：通過掃頻與交流激勵相加的直流偏壓，可以在二極 管的VI曲線上的每一點進行測試；
? MOSFET：確定不同頻率下的柵極電阻Rg；
? 電化學阻抗譜，或稱EIS，通過測量復雜阻抗來分析電化學 系統。
圖1所示應用是由Hioki發明，通過測量頻率掃描的電阻及電抗來 確定電池的健康狀況。通過繪制Nyquist圖對照電阻和電抗，可 以發現劣化電池與原始電池所表現出的電阻有明顯不同。
圖1 鋰離子電池的EIS
ADMX2001—高性能阻抗分析儀測量模塊
ADMX2001阻抗分析儀模塊解決了阻抗設計中的很多難題，它是 通過產生正弦激信號將其應用于被測設備，測量產生的交流電 壓、交流電流幅值和兩者相位差而得到負阻抗。利用這些信息 可以計算出多種形式的阻抗，最直接的是極坐標阻抗、幅值相 位，電阻和電抗在矩形坐標中的阻抗。模塊支持通過內置顯示 模式計算電容、電感、耗散因素、品質因素和其它多種格式。
ADMX2001高達10MHz的激勵頻率極大增加了可測量DUT的范圍，并 可以評估高頻寄生和頻率響應效應，如自諧振頻率。可編程 直流偏置有助于測量電解電容及二極管MOSFET的正向偏置，交 流幅度通過掃頻得到。內置校準存儲器，測試校準典型精度為 0.05%，提供UART接口和人性化控制，SPI接口可以方便的集成到 大型測試系統當中。模塊的尺寸是1.5”x 2.5” (38mm x 63.5mm)。
ADMX2001解決了高性能阻抗測量系統的設計難題，提供了從DC到 10MHz的完整解決方案，主要特性和優勢表現為：
? 固件經常更新，不斷提升性能并引入新特性：積極響應客戶 需求，提供定制化應用方案；
? 阻抗測量高達10MHz，比集成解決方案快近兩個數量級：提 高測量靈敏度和測試頻率，滿足無源元件和半導體測試的 需求；
? 可設定測量范圍，支持測量100μΩ至20MΩ阻抗：涵蓋傳統臺式 儀器的測量范圍；
? 達到儀器級別的0.05%基本精度：提高測量質量和生產測試 良率；
? 提供電容、電感、電阻、阻抗和導納測量結果，且具備校準 記憶功能和相應的算法支持：無需額外的計算或非易失性存 儲器；
? 自動進行參數掃描：頻率和直流偏置：可對半導體器件進行 阻抗譜分析和C-V測量；
? 4對開爾文端子及夾具補償算法：降低引線和夾具寄生效應；
圖2為ADMX2001框圖，3.3V單電源供電，直接與DUT連接。該模塊 集成了專用電流、電壓采樣ADC以及精密信號發生器。板上生成 時鐘和精密正弦激勵，同時阻抗計算校準和數字接口也集成于 板上，這些特性極大的方便了應用。精心選擇的最佳帶寬、噪 聲、隔離度以及出色的阻抗靈敏度為客戶帶來性能上的優勢。
圖2 ADMX2001簡化功能框圖
經過校準的150pF電容精度測試
圖3是ADMX2001的測試結果，左邊部分是實測數據，右邊部分是根 據準確值所列出的誤差，在此容值下具有0.01%以內的高精度。 采用DUT 150pF 1% 0603 SMD NP0的電容進行測試，參考值是151.23pF。
圖3 150pF電容精度測試
18650鋰離子電池EIS測試案例
圖4是典型的3.7V 18650鋰離子電池EIS測試案例，左部分繪制的是 電阻和電抗，將左邊的兩個圖合并到右邊的奈奎斯特圖中則是 阻抗圖，從而了解電池的健康狀況。
圖4 18650鋰離子電池EIS
相比于其它集成方案，ADMX2001具有相當的優勢，表2進行了示 例，其中綠色文字是典型優勢所在，包括頻率范圍、靈敏度、精 度等。
表2 ADMX2001與其他方案的比較
評估板EVAL-ADMX2001EBZ LCR
圖5為ADMX2001評估板，通過此評估板：
? 展示ADMX2001作為臺式LCR儀表和阻抗分析儀的功能
? UART接口允許通過終端仿真器（如PuTTY和Tera Term）進行訪問
? UART使用現成的電纜，即可簡化與多個平臺的連接：Windows， Mac OSX，Linux，樹莓派，Arduino
圖5 評估板ADMX2001EBZ LCR
超低失真的波形發生器ADMX1002/ADMX1001
如希望測試音頻的總諧波失真THD、信噪比SNR、SFDR等參數，則 需要超低失真信號發生器，主要是期望測試設備性能明顯優于 待測物參數。一般來說，若要測試超低噪聲性能時，需要測試
設備的精度需要比待測物精度好10倍以上。這類應用場景可能 會是測試ABC耳機、麥克風、智能設備和助聽器等。若客戶對信 號的失真、尖峰和斜坡較為在意，那么低失真信號發生器則是 最佳選擇。
ADMX100x是一款小型低失真信號發生器，應用于實驗室工作臺或 輕松集成到需要低失真信號發生器的大型測試系統當中。臺式 儀表具有一些高級的數字功能，如藍牙、HDMI接口等。若測試 系統不需要這些冗余功能，只希望能得到比較干凈的信號源， 那么低失真信號發生器ADMX100x是一個很好的替代品，如圖6所 示，可以顯著減少尺寸或集成時間。
圖6 臺式儀表 vs芯ADMX1001
圖7展示了ADMX1002/ADMX1001框圖，主要包含存儲器，電源管理，精 密基準的電源，精密DAC，ADC和信號調理。處理器的軟件部分包 含DPD算法，數字預時幀算法。內置的16個波形的模式存儲可以較 為方便的由SPI控制。20bit DAC通過信號調理進行信號發生，通過 回踩進行DPD的預時針處理。
圖7 ADMX1002/ADMX1001概述
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