5 razones para utilizar una SMU

¿Qué es una unidad de medición de fuente?

Una unidad de medición de fuente (SMU) es un instrumento que combina una fuente de poder, una carga electrónica y un multímetro digital de alta resolución en una sola unidad. Las SMU pueden utilizarse para caracterizar semiconductores, monitorear el consumo de energía de un microcontrolador o simular una batería para un dispositivo de IoT.

La principal diferencia entre una SMU y una fuente de poder de banco es la capacidad de la SMU de actuar como fuente y sumidero de corriente, así como su alta resolución de lectura inversa/programación.

Ejemplo importante de mediciones que realiza una SMU

Las SMU pueden rastrear cambios dinámicos. Por ejemplo, un dispositivo Bluetooth® de baja energía puede consumir energía en el rango de los nanoamperios mientras se encuentra en modo de reposo, pero utiliza cientos de miliamperios al leer un sensor y transmitir los resultados. Una SMU puede medir ambos rangos de energía, mientras que alimenta al dispositivo.

Otra medición que realiza la SMU es la caracterización de dispositivos semiconductores. Los terminales de salida de una SMU de cuatro cuadrantes actúan como fuente o sumidero, independientemente de la polaridad. Esto permite determinar las características de avance y retroceso de los dispositivos semiconductores, como los diodos, con un solo instrumento.

Continúe leyendo para conocer las cinco aplicaciones de las SMU y cómo pueden ayudarlo a caracterizar un dispositivo.

1. La SMU como fuente de poder o carga electrónica

Debido a que una SMU es esencialmente la integración de tres instrumentos diferentes, tiene muchos casos de uso. Para empezar, una SMU puede utilizarse como una fuente de poder de banco con funciones de seguridad como protección contra sobrevoltaje y limitación de corriente. Además, un multímetro digital 6.5 integrado puede medir el voltaje, la corriente, así como el consumo de energía mientras alimenta al dispositivo.

A diferencia de una fuente de poder de banco autónoma, una SMU de cuatro cuadrantes puede ser una fuente o un sumidero. La SMU funciona como una carga electrónica cuando actúa como sumidero. Una carga electrónica es como una resistencia programable. Puede ponerse la carga en un modo que suministre un voltaje constante, consuma una corriente constante, o proporcione una resistencia constante al dispositivo.

Las SMU como la serie R&S®NGU201, pueden cambiar de manera simultánea entre fuente y carga. Esta flexibilidad le permite simular comportamientos de carga y descarga de batería con su dispositivo.

2. Registro de datos preciso de mediciones de voltaje con una SMU

El multímetro digital integrado de la SMU puede monitorear el voltaje, corriente, así como el consumo de energía, sin importar si la herramienta está funcionando como fuente o carga. Es de gran ayuda observar los valores instantáneos en el panel delantero o por medio de comandos de programación remota. Sin embargo, observar cómo esos valores cambian con el tiempo puede ser importante a la hora de caracterizar un dispositivo.

Una SMU puede muestrear esas mediciones hasta 500 000 veces por segundo (500 kilomuestras por segundo). Esto permite que la SMU actúe como un instrumento de registro de datos. Por ejemplo, puede guardar los datos que se han muestreado en un archivo CSV en una unidad USB para un análisis más detallado. Opcionalmente, pueden mostrarse las tendencias directamente en la pantalla del panel delantero del instrumento.

Además de capturar esta información registrada, puede mejorarse la precisión con la utilización de las «entradas de detección» de la SMU. Debido a que hay pérdidas en los cables entre la SMU y el dispositivo, el voltaje en los conectores del panel delantero es mayor que el voltaje del dispositivo. Las entradas de «detección» dedicadas con cables conectados al dispositivo permiten a la SMU compensar esas pérdidas, además de proporcionar mediciones más precisas.

Otra mejora específica del R&S®NGU201. El R&S®NGU201 ofrece un voltímetro digital (DVM) opcional que puede colocarse en cualquier lugar del circuito. Por ejemplo, puede monitorearse el estado de una batería o la salida de convertidor PoL (convertidor de puntos de carga). Este voltímetro digital funciona de manera paralela a la medición de voltaje que monitorea el panel delantero, y además está galvánicamente aislado del canal.

3. Medición de cambio de corriente y respuesta de carga

Los dispositivos que cuentan con estados de reposo de baja potencia y con transmisores inalámbricos tienen demandas de corriente dinámicas que van desde los nanoamperios hasta los amperios. Una SMU puede medir con precisión está amplia variación de corriente mientras alimentan al dispositivo.

Cuando el dispositivo cambia de estado de funcionamiento, se produce un cambio repentino en el consumo de corriente. A una fuente de poder de banco le toma un tiempo responder al cambio de carga. Las fuentes de poder autónomas pueden responder pobremente a estas transiciones. Instrumentos como la serie R&S®NGU, en cambio, pueden reaccionar a la respuesta de carga en menos de 30 microsegundos.

4. Caracterización de dispositivos semiconductores con la SMU de cuatro cuadrantes

Al caracterizar un dispositivo semiconductor, por lo general se necesita disipar y generar corriente con polaridad directa e inversa. Por ejemplo, considere un diodo.

Para trazar una curva de corriente-voltaje (IV) de un diodo, debe medirse la corriente extraída de un voltaje negativo hasta que alcance un voltaje directo positivo. Si bien una fuente de poder tradicional, o una SMU de dos cuadrantes, puede proporcionar un voltaje negativo, el cambio entre positivo y negativo requiere de intervención manual, es decir, deben cambiarse las sondas de manera física. Una SMU de cuatro cuadrantes, sin embargo, puede cambiar sin problemas de una salida negativa a una positiva a medida que barre un rango de voltaje.

5. Simulación de dispositivos alimentados por baterías

El ciclo de vida de la batería de los dispositivos alimentados por baterías presenta múltiples desafíos. Uno es que las baterías almacenan energía químicamente. Como resultado, su suministro de energía varía con la química, la temperatura, así como la carga. Otro desafío es que la eficiencia de un convertidor CC-CC cambia con el voltaje de entrada y la carga de salida.

Probar todas las variaciones posibles con baterías física no es factible, sobre todo en caso de que se desee probar diferentes químicos como iones de litio o polímeros de litio. Afortunadamente, las SMU como la R&S®NGU pueden simular una batería. Además, puede programárselas con perfiles definidos por el usuario a fin de que se adapten mejor a sus condiciones ambientales.

Una SMU podrá caracterizar el tiempo que su dispositivo funcionará bajo condiciones variables, sin ningún instrumento adicional. Esta es la ventaja más significativa de utilizar una SMU para simular una batería.

Otro punto de evaluación es la capacidad de un dispositivo de recargar una batería. Utilizar una SMU como una carga eléctrica significa que puede simularse situaciones como células no conectadas, sobrevoltaje, subvoltaje o cortocircuito de la batería.