作者 主题:是德科技SMU /电源B2962A的详细审查 (Read 956 times)

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是德科技SMU /电源B2962A的详细审查
« on: 2020年10月10日,上午06:05:39»
不久前,我接触到了(使用过的)B2962A是德科技电源。它类似于B2900系列SMU。避风港'这里没有太多关于SMU的深入评论。 (在EEVblog和SignalPath上有一些评论视频,但大多数此类视频仅展示基本功能,如果西方品牌-补充建筑,如果中国品牌-批评建筑, 通常无需对规格进行严格的测试,最终结果)。因此,我想我将进行深入的审查,因为无论如何我的实际应用都会推动仪器的功能。

B2961A / B2962A是具有最高210V电压和最高3A直流输出的一/二通道电源。与B2901A / B2902A / B2911A / B2912A SMU相比,它们具有更好的噪声规格,更好的AC波形能力和仅4.5位数的测量分辨率。由于大多数规格相同,我怀疑所有这些单元的硬件实际上都是相同的。

第一项测试:打开设备,连接示波器,我们看到峰值为40-80 mVpp:

它是一种开关电源,并不是特别安静的电源。规格为3 mVrms,在某些范围内大致正确。
下一个测试:监视10V DC输出一段时间,我们看到以下内容:

规格为150 uV p-p。我怀疑许多直流电源在短期稳定性方面都可以做得更好,即使我的模拟电源也更好: //www.villagehousevacs.com/forum/testgear/power-supply-drift-battle-keysight-b2962a-vs-mpja-9623ps/

以下是具有可比性能的直流电流的结果:

接下来,测试交流电压性能,这会给人留下深刻的印象,例如,可以在1 kHz的频率下输出80Vpp正弦并具有几ppm的稳定性:

我已经在这里将B2962的交流幅度稳定性与各种函数发生器进行了比较:  //www.villagehousevacs.com/forum/metrology/stability-of-ac-voltage-from-function-generators/
它通常比我测试过的所有函数发生器都要好得多,并且可能与交流校准器相当。但是,压摆率存在明显的限制,只有10 mA范围具有较高的压摆率。对于更高的电流,在1.5 kHz范围内,在1 kHz时最佳的工作电压是14Vpp。交流电压输出与实际消耗的电流之间的关系不大。

接下来,我们看一下交流电流性能,它比交流电压差一点。还要注意,电流的绝对值相差很远。

但是,此处的带宽规格仅针对极低的负载电阻(0.1至1欧姆)给出。更高的负载电阻 交流电流随频率显着下降:

这些类型的测量可以转换为电流源的差动电阻,它是频率的函数。对于2 Ohm的负载电阻和0.9A的电流幅度,这里是作为频率函数的差分电阻:
100赫兹  920 Ohm
200赫兹  230 Ohm
500赫兹  36 Ohm
1 kHz   9.5 Ohm
2 kHz的   2.6 Ohm
理想电流源应具有无限的源电阻。可以看到,在1 kHz时,性能并不比与电压源串联的9.5欧姆电阻好。 这使得电流对接触电阻的微小变化以及负载电阻随温度的变化敏感,从而大大降低了电流稳定性。

SMU还可以提供很小的电流,我没有对此进行详细研究,但看起来效果很好:

失调约为1 pA,噪声远小于1 pA,明显优于规格。我发现的一个错误是只能使用手动范围设置来访问两个最低电流范围(10 nA和100​​ nA)。

作为一个两通道单元,B2962可以同时输出两个信号。但是,它的主要缺陷在于两个通道的时基不同步,并且相差几ppm。结果,在1 kHz时,通道在几秒钟后开始异相。 我为此联系了Keysight,他们提供了一种解决方案,该方案包括每5个周期从一个公用计时器重新触发两个通道。但是,这会在波形中引入额外的小间隙,并且每次更改频率时都需要更改几个设置。我发现一种更可靠的解决方案是定义两个任意波形,然后使用一个通用计时器输出这些波形。这也允许人们在两个通道之间设置特定的相位,否则这似乎是不可能的。但是,与B2912相比,它否定了B2962的内置波形功能。使用USB记忆棒上的ASCII文件可以轻松上传波形

SMU的用户界面让我想起了旧的大型机:

使用箭头将光标移至所需字段,然后按Enter键,输入值,再按一次Enter键。输出打开时,无法更改仪器的大多数设置。该界面似乎相当稳定,在我使用期间仅崩溃了一次。

该仪器带有两个免费的远程控制软件选项,Quick IV Measurement Software和一个Web界面,但是对我都不起作用。没有给出任何错误,Quick IV软件根本无法在我的Windows 7计算机上启动。 Web界面使用Java,但是在完成了启用Java并在其他网站上对其进行测试的步骤之后,Web服务器的Java部分无法正常工作。常规的VISA命令运行良好。 我没有测试设备的测量功能。它没有内置的波形测量工具,因此任何测量分析都需要将波形下载到计算机。

是德科技为这些设备提供低通滤波器,以消除开关电源噪声,成本为1-2k美元!这显然是产品(营销)中最出色的部分。它们声称具有1 nV / Hz ^(1/2)的噪声,但仅在10 kHz时才有效,并且仅用于DC输出。低频(中等)DC性能当然不能通过低通滤波器来改善。这是我用自制滤波器获得的噪声频谱:

在1 Hz时,噪声水平约为10 uV / Hz ^(1/2),约为规格表中要求的3倍。为了滤除所有高频尖峰,我需要一个具有高谐振频率的电感器,
//www.digikey.com/en/products/detail/tdk-electronics-inc/B82111B0000C019/4245889
//www.digikey.com/en/products/detail/tdk-electronics-inc/B82111E0000C024/4245909

该滤波器对于交流和直流电压以及直流电流非常有效。对于交流电流,由于差动电阻低并且不能使用4线感应,因此性能很差,因此电流敏感地取决于滤波器元件的阻抗。是德科技也不提供交流电滤波器。我使用了两个滤波器级,这两个级一起很好地工作以提供电压,而只有第一级对交流电流有意义。这是过滤器的图片和元素。
第一个滤波器:两个13 uH电感器和0.1 uF电容器

第二个滤波器:隔离的BNC输入上为1000 pF和0.1 uF,两个56 uH电感,0.1uF,3.3 uF和10 uF电容器在输出上。


结论:
该仪器具有广泛的功能,但尚未完善。只有高达1 kHz的交流电源性能才具有竞争力,但存在一些明显的限制。




« 上次编辑:2020年10月10日,下午02:35:33 by maxwell3e10 »
 
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« 在以下方面回复#1:2021年年2月9日,上午08:39:59»
您如何测量频谱噪声密度?
您能否分享您使用的设置和技术?

非常好,通过对B2962A的审查,谢谢!
 

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« 在以下问题上回复#2:2021年年2月9日,上午11:48:59»
我将AlphaLab LNA10前置放大器用于Owon XDS3062A示波器。前置放大器可以交流耦合或用于 相对于稳定电压源或比较B2962A的两个通道的差分模式。所有方法均得出相同的结果。
 
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« 在以下方面回复#3:2021年年2月11日,下午03:07:57»
好的! LNA和示波器的好主意也有不错的解决方案。

然后使用FFT绘制频谱噪声密度。
您是使用Owon本身的FFT功能还是从示波器上采样并在其他工具中进行了计算(这些图具有matplotlib外观  ;))?

如果它'不用问太多了,您使用哪个方程将伏特转换为V / Hz ^ 1/2?
 

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« 在以下方面回复#4:2021年年2月11日,下午04:18:40»
在Owon上获取数据(最高40M),传输到PC,然后使用Matlab进行分析。我认为这是通过pwelch函数完成的,以计算噪声频谱密度。
 
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