一種新的軟件時序偏差校準方法加速雙脈沖測試進程

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雙脈沖測試中一個重要目標是，準確測量能量損耗。在示波器中進行準確的功率、能量測試，關鍵的一步是在電壓探頭和電流探頭之間進行校準，消除時序偏差。

雙脈沖測試軟件（WBG-DPT)在4系、5系和6系示波器上均可使用，該軟件包括一種新的專為雙脈沖測試設計的消除時序偏差（deskew）的校準技術。這種新的方法與傳統方法大有不同，測試速度顯著加快，縮短了測試時間。

該技術適用于使用場效應晶體管或 IGBT 的功率轉換器。在本篇文章中，我們將使用 FET 術語，來使得描述簡單明了。

為什么要消除時序偏差（deskew）？

在設計任意一種功率變換器時，都必須盡量減少開關過程中的能量損耗。這種能量損耗可以使用示波器進行測量。一般方法是將同一時刻的電壓和電流采樣相乘，生成功率波形。

p(t) = v(t)*i(t)

由于功率波形表示隨時間變化的能量消耗，因此可以通過對功率波形進行積分來確定能量：

E = ∫p(t)dt

要準確測量能量損耗，電流和電壓波形的轉換應在時間上保持一致。因此，為了準確進行能量損耗測量，設計者必須矯正測試夾具和探頭造成的延遲。

一般來講，在測試裝置上開始任何測量之前都要計算探頭之間的偏差。對于低電壓應用，可以使用函數發生器和時序偏差校準夾具（deskew 夾具）（Tektronix P/N 067-1686-03）進行校準。但是，這種方法對于高電壓和大電流應用而言，并非最佳選擇。

為了匹配更高功率下低壓漏-源極電壓（VDS）和漏極電流（ID）的測量，傳統技術需要重新布線測試裝置。這要求移除負載電感，并用電阻取而代之。接下來進行測量，需要匹配 VDS 和 ID 測量值。這個過程可能需要一個小時或更長時間。

一種新的時序偏差校準（deskew）方法

泰克 WBG-DPT 解決方案是業內首創的基于軟件的時序偏差校準(deskew)技術，無需重新布線，只需在進行雙脈沖測量后即可執行。在新方法中，采集漏極電流 (ID) 用作參考波形。在導通期間，利用測試電路的參數模型計算出低壓側 VDS 對齊波形，其計算后的波形參考 ID 波形，相對于 ID 沒有時序偏移。消除時序偏差的算法確定計算出的 VDS 波形與測量出的 VDS 波形之間的時序偏差。然后將deskew校準的數據修正到 VDS 測量通道。

時序偏差校準過程

如上所述，時序偏差校準可在測量后進行。在開始雙脈沖測試時，無需擔心 VDS 和 ID 之間的偏差，隨后選擇deskew設置并提供以下參數：

●   探頭阻抗 - 在本文中假定為電流檢測電阻(CVR)或分流電阻

●   有效"回路"電感

●   偏置電壓（低壓側 FET 關斷時兩端的平均 VDS）

●   差分階數（模型用于平滑的濾波器階數）

圖3 用于建立V_{DS_low}對齊波形的等效電路。該電路假定使用一個電流觀察電阻來測量ID

在deskew菜單中輸入的參數用于構建 VDS 對應波形。波形使用基爾霍夫電壓定律建立：

其中

V_DD - V_{DS_high} 表示電源軌電壓和高壓端場效應晶體管FET上的壓降。需要注意，在開啟期間，由于 V_DD 是固定的，而 V_{DS_high}是高壓端場效應晶體管FET本體二極管上的電壓，所以這個量是恒定的。

●   R_shunt是分流電阻。

●   I_D 是根據 R_shunt 上的壓降測得的漏極電流。

●   dI_D /dt 是測得的漏極電流變化率。

●   L_eff 是整個電源回路的有效電感。

如上所述，在開啟期間，V_DD - V_{DS_high} 實際上是恒定的。R_shunt和L_eff 也是恒定的。 這意味著模擬的 V_{DS_low} 走線波形是 I_D的函數。

配置完參數后，用戶按下 WBG 的deskew按鈕。系統將根據指定的參數和漏極電流生成 VDS 的數學模型。 該波形將顯示在屏幕上。

圖4 根據I_D計算出的 V_DS 對齊波形與測量的V_DS波形進行比較。偏移是對齊波形和測量波形之間的時間差。計算出偏斜后，就可以從I_D 波形中去除偏斜

如上圖所示，有效電感L_eff考慮到了整個環路的 "疊加 "。因此，L_eff 通常是未知的，而這個參數需要反復調整。簡單地將糾偏過程反復運行，并對 L_eff 進行調整，直到計算出的對齊波形和測量出的 V_DS波形具有相同的形狀。如果計算出的 V_DS對齊波形與測量的 V_DS波形在形狀上存在差異，可以調整參數并再次運行校準時間偏差。

一旦參數設置準確，對齊波形和測量波形將具有相同的形狀，系統就能確定并糾正偏斜。偏斜值顯示在Deskew設置中，并自動應用于連接 V_DS信號的通道。

這一新流程可以準確地計算偏斜值，并將時序偏差校準時間從一小時或更長時間縮短到 5 至 10 分鐘。