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Leistungsmesstechnik

Rohde & Schwarz entwickelt eigene SMUs

16. Februar 2021, 08:38 Uhr   |  Markus Haller

Rohde & Schwarz entwickelt eigene SMUs
© Rohde & Schwarz

Die SMU-Entwicklung ist dem Power-Segment zugeordnet, in dem auch elektronische Lasten, Labornetzgeräte und Leistungsanalysatoren entwickelt werden.

Der Münchner Messtechnik-Hersteller erweitert seine Leistungsmesstechnik um Source Measure Units aus eigener Entwicklung. Die ersten beiden Modelle sind ein Zwei- und ein Vierquadranten-SMU für Batterie- und Halbleitkomponententests.

Source Measure Units (SMUs) haben sich für die Bauteil- und Systemcharakterisierung von Halbleiterbausteinen und batteriebetriebener Elektronik seit Jahrzehnten bewährt. Sie vereinen Labornetzgerät, Digitalmultimeter und elektronische Last in einem Gehäuse. Dadurch reduzieren sie den Platzbedarf für den Messaufbau und vereinfachen die Messdurchführung teilweise erheblich. Mit Rohde & Schwarz hat sich die Landschaft der SMU-Entwickler um einen weiterer großen Messtechnik-Hersteller erweitert.

Die ersten beiden Modelle des Münchner Unternehmens sind das R&S NGU201 und das R&S NGU401. Das NGU201 wurden konzipiert, um die Anforderungen von Wireless- und IoT-Geräteentwicklern abzudecken: Sie müssen die Leistungsaufnahme ihrer Produkte minimieren und arbeiten dafür mit extrem geringen Standby-Strömen und verifizieren entwickelte Schaltungen im Wechselbetrieb zwischen aktivem Modus und Deep-Sleep-State. Dabei fließt im aktiven Modus ein Strom von einigen hundert mA und im Deep-Sleep-State sind es lediglich einige hundert nA. Für diese Arbeit sind Messgeräte mit hoher Genauigkeit, geringem Rauschen und hoher Auflösung bei der Strommessung nötig. Das SMU ist also in erster Linie als präzises Strom- und Spannungsmessgerät mit hohem Dynamikbereich gefordert und erst in zweiter Linie als Labornetzgerät mit guter Ausgangsregelung.

Das NGU401 wurde nach den Anforderungen für die Charakterisierung von Halbleiterbausteinen entwickelt. Es ist ein Vierquadrantenmodell, mit dem sich I-U-Kennlinien präzise durchfahren und messen lassen. Zusätzlich sind Schutzfunktionen gegen Überstrom integriert. Beide Geräte werden im Folgenden näher vorgestellt – zunächst mit ihren Gemeinsamkeiten und auf den folgenden Seiten im Einzelportrait.

Messbereiche für Strom und Spannung

Das R&S NGU201 wurde für die Leistungsanalyse von IoT-Geräten und batteriebetriebenen Mobilfunkgeräten ausgelegt. Das R&S NGU 401 deckt die Testanforderungen aus dem Halbleiterbereich ab.
© Rohde & Schwarz

Das R&S NGU201 wurde für die Bewertung der Leistungsaufnahme von IoT-Geräten und batteriebetriebenen Mobilfunkgeräten ausgelegt. Das R&S NGU 401 deckt die Testanforderungen aus dem Halbleiterbereich ab.

Die beiden R&S NGUs gleichen sich in den grundlegenden technischen Parametern. Sie stellen als Labornetzteil maximal 60 W Leistung bereit, einen Maximalstrom von 8 A und eine maximale Ausgangsspannung von 20 V. Ripple und Rauschen auf der bereitgestellten Ausgangsspannung liegen unterhalb von 500 µV. Für den Ausgangsstrom liegt der Wert für Ripple+Rauschen bei < 1mA.

Bei beiden Modellen sind auch die verfügbaren Messbereiche und Messgenauigkeiten identische (Tabelle 1): Für die Strommessung kann zwischen sechs Messbereichen gewechselt werden, vom 10-µA-Bereich mit 100 pA Auflösung am unteren Messbereich bis in einen 10-A-Messbereich mit 10 µA Auflösung. Die höchste Genauigkeit wird im kleinsten Messbereich (10 µA) erzielt und beträgt 15 nA + 0,025 % des Messwerts. Für die Spannungsmessung stehen zwei Messbereiche zur Verfügung: ein 20‑V-Bereich mit 10 µV Auflösung und 2 mV + 0,02 % Genauigkeit sowie ein 6-V-Bereich mit 1 µV Auflösung und 500 µV + 0,02 % Genauigkeit.

SpannungAuflösungGenauigkeit
20-V-Messbereich10 μV< 0,02 % + 2 mV
6-V-Messbereich1 μV< 0,02 % + 500 μV
StromAuflösungGenauigkeit
10-A-Messbereich10 μA<0,025 % + 500 μA
3-A-Messbereich1 μA<0,025 % + 250 μA
100-mA-Messbereich100 nA<0,025 % + 15 μA
10-mA-Messbereich10 nA<0,025 % + 1,5 μA
1-mA-Messbereich1 nA<0,025 % + 150 nA
10-μA-Messbereich100 pA<0,025 % + 15 nA

 

Die Kapazität am Eingang des Messobjekts kann über einen variablen Kapazitätsmodus kompensiert werden. Er lässt sich in Schritten von 1 µF bis 470 µF einstellen.

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