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怎样捕获、保存和复现任意负载电流波形

怎样捕获、保存和复现任意负载电流波形

  引言当前许多产品和电路从电源中吸收因不同工作模式引起的各种电流波形。电源可以是电池,可以是直流电池,也可以是任何其它直流供电来源。例如,数码相机在刚刚开机、正在拍照、还是在播放模式下显示照片将吸收不同的电池电流波形。在正常使用过程中,相机用户可以以任何顺序运行这些模式,吸收不同的电流,从而形成独特的电流特性曲线。电池制造商和相机制造商都全面检验电池设计,检查这些电流特性曲线对电池的影响。

  由于可能存在各种电流特性曲线,因此能够捕获电流波形、创建并随机生成电流特性曲线具有重要意义。本应用指南介绍了捕获、保存和复现电流波形特征曲线的技术。波形捕获使用电流探头和示波器组合,或通过动态测量直流电源实现。通过把捕获的波形下传到函数/ 任意波形发生器实现电流曲线复现,发生器驱动着电子负载。使用这些技术有助于节约测试设置时间和测试时间,从而降低电源设计、选型和使用所需的信息,最终降低设计总成本。尽管我们这里以数码相机为例,但这些技术同样适用于手机、笔记本电脑、PDA 或其它以类似方式供电的产品,特别是采用电源管理技术的产品。通用程序我们这里将讨论两种电流波形捕获方法及一种电流波形复现方法。下面的“详细程序”部分将更加详细地介绍这些方法。波形捕获电流探头/ 示波器第一种波形捕获方法采用电流探头和示波器。参见第2页图1a。

  探头用来传感电流,示波器用来捕获、显示和保存波形,最后上传到PC。波形捕获动态测量直流电源第二种波形捕获方法采用具有动态电流测量功能的电源,这意味着它内置可以捕获电流(或电压)波形的数字转换器。在正常情况下,电源测量自己的输出电流,因此如果是电路中的供电来源,那么在捕获电流时不必考虑任何其它连接因素。但是,在本例中,不同的电源(如电池)为电路供电。因此,动态测量直流电源必须与电源串联,其工作方式类似于零欧姆串联,测量来自电池的电流(如需与这一配置有关的详细信息,请参阅安捷伦科技公司应用指南1427)。图1b 说明了这一配置。

  电源数字化电流波形,并存储电流波形,最终上传到PC。另外还可以使用软件,捕获和上传波形数据,然后使用PC 查看这些数据。波形复现电流波形复现通过使用驱动电子负载的波形发生器完成,如图2所示。以前捕获的波形从PC下传到波形发生器。然后,使用波形发生器输出,驱动电子负载的外部模拟编程输入,用想要的波形调制负载吸收的电流。以前面的数码相机为例,电子负载/ 波形发生器组合模拟相机吸收的电流。

推荐设备表1

  说明了这一电流波形捕获和复现应使用的仪器。波形捕获比较如前所述,有两种电流波形捕获方法:一种采用电流探头和示波器,另一种采用动态测量直流电源。表2 中概括了这两种解决方案各自的优缺点。从表中可以看出这两种方法具有同等数量的优缺点。电流探头/示波器方法可能会更具吸引力,因为它可以简便地查看波形。但是,选择哪种方法取决于用户偏好和提供的设备。

详细的程序

  1. 捕获波形  为正确捕获电流,必须知道两个基本电流波形参数:波形幅度和时间跨度。幅度影响着开始测量流程所需的触发电平和量程设置,时间跨度影响着捕获数据时间长度。在使用电流探头/示波器时,必须注意正确定标屏幕上显示的数据,以便显示电流(如以安培为单位)。在使用动态测量直流电源时,可以使用安培直接捕获电流。
   2. 把波形传送到PC  使用简单的命令,把波形数据从示波器或电源上传到PC。在使用Agilent 54621A 示波器时,命令如下:“:WAVEFORM:DATA?”.
   3. 准备数据复现波形  由于电源直接用安培返回数据,所以不需要进行任何定标。但是,可以用需要定标的不同格式(如二进制)返回示波器数据。然后,必须检查得到的电流数据阵列的每个要素,现在的单位是安培,保证电子负载能够产生想要的电流波形。评估标准有两个:(1) 不允许有负值,因为负载只能吸收正电流;(2) 任何值不得超过选择负载范围的最大电流。这时,还可以扫描数据,确定最大和最小电流值。然后将使用这些值,归一化数据。此外,还将使用最大值和最小值,计算波形发生器的高压值和低压值,其与负载产生的高电流值和低电流值相对应。  一旦已经检验了数据,必须归一化波形发生器的数据。推荐的Agilent 33220A波形发生器的任意波形模式要求_1和+1之间的数据。因此,代表波形的电流值必须归一化到-1 到+1 之间的值。
   4. 把波形传送到波形发生器  现在数据采用正确格式,使用简单的命令发送到波形发生器上。在使用Agilent 33220A 波形发生器上时,命令如下:“DATA VOLATILE, ,,...”. 
   5. 调节波形发生器参数(幅度和频率)幅度:安捷伦电子负载外部编程输入上的0到+10V与负载上选择的电流范围中0 到全标输入电流相对应。因此,为生成正确的负载电流幅度,必须使用第3 步中的最大和最小电流值计算33220A 高压值和低压值,然后把它们发送到波形发生器中。例如,电流范围为0-60A的负载要求外部编程输入上+10V电压吸收60A电流。将要求3V电压吸收18A 电流。因此,如果最大值和最小值分别是60A 和18A,那么33220A 上的高压值和低压值必须是10V 和3V。频率:在使用示波器捕获波形时,保存的数据时间长度是整个示波器屏幕的时间长度。
   在使用电源捕获波形时,保存的数据时间长度取决于取样速率和捕获的样点数。为产生正确时间长度的负载电流,33220A频率必须设为捕获的数据时间长度的倒数。在设置波形发生器频率时,它简单地以规定的频率不确定地重复数据。也可以使用33220A的突发模式,输出规定数量的周期。结果图3 是采用这里介绍的技术得到的实际结果。图中上面的波形是在数码相机拍照时,电流探头和示波器捕获的数码相机电池的原始电流波形。
   下面的波形是A g i l e n t33220A 函数/ 任意波形发生器驱动Agilent N3303A 电子负载复现的电池电流波形。很明显,原始波形和复现的波形几乎完全相同。这说明了可以在测试系统中使用33220A 和N3303A,模拟数码相机的耗电量。

   小结在开发从直流电源(如电池)供电电流的产品设计时,如数码相机,能够采用电子仪器复现电流波形,而不是使用产品本身,有助于节约测试时间和设计时间。在评估数码相机设计或选择电池制造商时,相机设计人员可能会重复按相机上的按钮,从电池中吸收各种电流。但是,这种方法耗时间长度,非常麻烦。解决方案是以电子方式捕获和复现这些波形。如前所述,可以使用电流探头和示波器或使用动态测量直流电源,捕获电流波形。把波形数据下传到波形发生器上,然后使用其输出驱动电子负载,可以精确地复现波形。通过这些技术,设计人员可以捕获波形,然后复现波形,而不需使用实际直流供电的产品或电路,从而释放原型和其它关键资源,特别是在设计过程早期产品提供受到限制时。能够设置、然后离开测试,之后自动实现测试,可以节约大量时间。设计人员只需使用实际产品一次来捕获波形,然后可以使用负载多次模拟波形,进行测试。例如,可以使用这些技术单独捕获和保存多个不同事件,然后以任何顺序传送这些事件,从而能够在不使用实际产品的情况下创建波形特性曲线。

   采用这些技术最终会加快设计周期,因为它可以更好地利用有限资源,消除麻烦、缓慢的手动流程,通过自动化改善精度和可重复性。
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