5 motivos por los que utilizar una SMU

¿Qué es una unidad de medida de fuente?

Una unidad de medida de fuente (SMU) es un instrumento de medida que combina una fuente de alimentación, una carga electrónica y un multímetro digital de alta resolución en un solo equipo. Las SMU se utilizan para caracterizar semiconductores, monitorizar el consumo de energía de un microcontrolador o para simular una batería de un dispositivo IoT.

La principal diferencia entre una SMU y una fuente de alimentación de sobremesa es que la SMU puede actuar tanto a modo de fuente como de sumidero de corriente, así como su alta resolución de lectura inversa/programación.

Principales ejemplos de medida con la SMU

Las SMU pueden detectar cambios dinámicos. Por ejemplo, un dispositivo Bluetooth® low energy puede absorber corriente en el rango de un solo dígito de nanoamperios en el modo de reposo, pero en cambio consume cientos de miliamperios durante la lectura de un sensor y la transmisión de los resultados. Una SMU puede medir los dos rangos de corriente y al mismo tiempo suministrar energía al objeto examinado (DUT).

Otra medida típica con una 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 medir las características de avance y retroceso en dispositivos semiconductores, tales como diodos, con un único instrumento.

Siga leyendo y conozca cinco aplicaciones de las SMU y de qué forma pueden ayudarle a caracterizar un dispositivo bajo prueba.

1. SMU como fuente de alimentación o carga electrónica

Puesto que una SMU es básicamente la integración de tres instrumentos diferentes, tiene numerosos casos de uso. Para principiantes, la SMU es idónea para el uso como fuente de alimentación de sobremesa con funciones de seguridad, como protección contra sobretensión y limitación de corriente. Además, con el multímetro integrado de 6,5 dígitos permite medir la tensión, la corriente y el consumo energético, y al mismo tiempo suministrar alimentación al dispositivo bajo prueba.

Al contrario que una fuente de alimentación de sobremesa independiente, una SMU de dos cuadrantes puede ser fuente o sumidero. La SMU funciona de forma similar a una carga electrónica cuando actúa a modo de sumidero. Una carga electrónica es como una resistencia programable. La carga se puede ajustar de forma que presente una caída de tensión constante, absorba una corriente constante o presente una resistencia constante al dispositivo bajo prueba.

Las unidades de medida de fuente como las de la serie R&S(R)NGU201 pueden conmutar de forma automática del modo de fuente al de carga. Esta flexibilidad permite simular el comportamiento de carga y descarga de una batería con el dispositivo examinado.

2. Medidas de tensión precisas para la protocolización con una SMU

El multímetro digital integrado en la SMU puede monitorizar la tensión, la corriente y el consumo de energía, tanto si la herramienta está en modo de fuente como de carga. Resulta de gran utilidad poder ver los valores instantáneos en el panel frontal o a través de comandos de programación por control remoto. No obstante, cuando se caracteriza un dispositivo es importante poder observar cómo cambian estos valores a lo largo del tiempo.

Una SMU puede adquirir estas medidas a una velocidad extraordinaria de 500 000 valores por segundo (500 000 muestras/s). Por lo tanto, la SMU puede funcionar como instrumento para el registro de datos. Así, por ejemplo, los datos muestreados se pueden guardar como archivo CSV en una unidad USB para el análisis detallado. Como alternativa también se pueden visualizar las tendencias directamente en la pantalla del panel frontal.

Además de adquirir esta información de protocolización, también es posible mejorar la precisión utilizando las «entradas de detección» de la SMU. Teniendo en cuenta que se producen pérdidas en los cables entre la SMU y el equipo examinado (DUT), la tensión en los conectores del panel frontal es más alta que la tensión que se presenta en el DUT. Gracias a las «entradas de detección» específicas conectadas con cables separados a la entrada del DUT, la SMU puede compensar estas pérdidas y proporcionar medidas más precisas.

La R&S®NGU201 incluye otra mejora especial, ya que ofrece un voltímetro digital opcional que se puede colocar en cualquier punto del circuito. Así, por ejemplo, se puede monitorizar el estado de una batería o la salida de un convertidor de punto de carga. Este voltímetro digital funciona de forma paralela a la medida de tensión supervisando el panel frontal y está aislado galvánicamente del canal.

3. Medidas de cambios de corriente y respuesta de carga

Los dispositivos que implementan estados de reposo con baja potencia e incorporan transmisores inalámbricos tienen demandas de corriente dinámicas que varían desde los nanoamperios hasta los amperios. Una SMU puede medir con exactitud estos amplios rangos de corriente y al mismo tiempo suministrar energía al objeto examinado.

Cuando el DUT cambia de estado operativo se produce un cambio brusco en el consumo de corriente. Las fuentes de alimentación de sobremesa requieren cierto tiempo para responder a un cambio de carga. Las fuentes de alimentación independientes comunes pueden ofrecer una respuesta insuficiente a estas transiciones. Los instrumentos como los de la serie R&S®NGU, por el contrario, reaccionan a un cambio de respuesta de carga en menos de 30 microsegundos.

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

Cuando se caracteriza un dispositivo semiconductor generalmente es necesario consumir y alimentar corriente con polaridad directa e inversa. Pongamos por ejemplo un diodo.

Para extraer la curva de corriente/tensión (IV) de un diodo hay que medir la corriente obtenida de una tensión negativa hasta que se alcanza una tensión con polaridad directa positiva. Una fuente de alimentación tradicional o una SMU de dos cuadrantes pueden aportar una tensión negativa, pero para cambiar entre negativo y positivo es necesaria una intervención manual, es decir, hay que cambiar físicamente las sondas. En cambio, una SMU de cuatro cuadrantes permite conmutar directamente de una salida negativa a una positiva al ejecutar el barrido por un rango de tensión.

5. Simulación de dispositivos alimentados por batería

El ciclo de vida de los dispositivos alimentados por batería presenta diferentes desafíos. Uno de ellos es que las baterías almacenan la energía de forma química. Por consiguiente, el suministro de energía varía en función de las características químicas, de temperatura y de carga. Otro desafío se deriva de que la eficiencia de un convertidor CC/CC cambia la tensión de entrada y la carga de salida.

Verificar todas las variaciones posibles con baterías físicas no es factible, especialmente si se desea probar diferentes compuestos químicos como ionos de litio o polímero de litio. Las SMU como la R&S®NGU pueden simular una batería. Además, es posible programarlas con perfiles definidos por el usuario para adaptarlas de forma óptima a las condiciones ambientales particulares.

Una SMU permite caracterizar cuánto tiempo funcionará un dispositivo bajo condiciones variables, sin necesidad de utilizar ningún otro instrumento para ello. Esta es la principal ventaja de utilizar una SMU a la hora de simular baterías.

Otro criterio de verificación es la capacidad de un dispositivo para recargar una batería. Utilizando la SMU como carga eléctrica se pueden simular situaciones como la de célula no conectada, sobretensión, tensión insuficiente o cortocircuito de la batería.