测试和测量仪器中的高密度多通道电源制造技术

本公开涉及测试和测量仪器，并且更特别地涉及用于测试和测量仪器的电源子系统。一种电源块，具有多个隔离电力通道，所述电源包括具有多个绕组的接口磁性组件，每个绕组连接到所述隔离通道中的单独一个隔离通道。一种测试和测量仪器，具有允许该仪器连接到被测设备的连接器，以及具有多个隔离电力通道的电源块，该电源块包括具有多个绕组的接口磁性组件，每个绕组连接到所述隔离电力通道中的单独一个隔离电力通道。离电力通道。离电力通道。

【技术实现步骤摘要】
测试和测量仪器中的高密度多通道电源
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本公开要求保护于2022年2月4日提交的题为“HIGH
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DENSITY MULTI
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CHANNEL POWER SUPPLY IN A TEST AND MEASUREMENT INSTRUMENT”的第63/306,924号美国临时申请的权益，该美国临时申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。


[0003]本公开涉及测试和测量仪器，并且更特别地涉及用于测试和测量仪器的电源子系统。

技术介绍

[0004]要求高密度、通道计数和/或体积的多通道产品设计，如果它们要求单独的通道电源，则对电源子系统有巨大的挑战。例如，源测量单元(SMU)要求单独的隔离电源，所述单独的隔离电源具有彼此独立的输出。另一个挑战出现了，因为典型地一部分硬件电路参考客户输出，这意味着输出接地不参考地面接地。输出接地与地面接地电流隔离，并且典型地被称为“浮动”。
[0005]对于N通道系统，在以高密度设计提供具有空间效率的N个隔离电源方面出现了挑战。用于电源的磁性组件可以容易地构成设计中最大的组件。对于双极性、模拟SMU设计而言，该问题由于要求分裂式绕组或中心抽头(CT)绕组变压器设计而变得更加严重。常见的解决方案牵涉定制设计的磁性组件。这些解决方案无法扩展或者使实现小的大小极其困难。
附图说明
[0006]图1示出了具有多通道电源块(power supply block)的测试和测量设备的示例，所述多通道电源块具有隔离浮动电路。
[0007]图2示出了多通道浮动电源块的实施例。
[0008]图3示出了驱动器块的框图。
[0009]图4示出了非重叠驱动器波形的显示。
[0010]图5示出了驱动器块的实施例的电路图。

技术实现思路

[0011]这里的实施例牵涉电源块。如本文所使用的，术语“电源块”意指在小空间中提供多个隔离通道的电源分段或部分，以将其与可以被认为是测试和测量装备市场中可获得的常规商业电源的那些区分开。测试和测量市场中的电源可以采用实施例的一个或多个电源块，诸如源测量单元(SMU)、示波器、数字多用表等的其他测试和测量装备也可以采用。不旨在对任何特定类型的测试和测量装备进行限制。以下讨论使用SMU的示例，但只是为了便于理解实施例。
[0012]所述电源块使用接口磁性组件来提供能够在所述实施例的电源块中提供多个隔离电力通道的多个隔离变压器。单个电源块可以使用多于一个的接口磁性组件来提供多个通道，或者电源块可以根据需要重复以提供期望数量的隔离电力通道。接口磁性组件包括封装在集成电路组件中的多个变压器。这允许所得到的电源在维持隔离的同时实现期望的高密度，这对于除使用当前方法以外的任何方式是不可获得的。
具体实施方式
[0013]如上面所提及的，讨论使用SMU作为实施例的电源块可以被并入到其中的设备的示例。图1示出了测试和测量设备，在该情况下是SMU，其具有电源块，所述电源块具有八个独立的通道，所述通道具有要求八个独立电源的浮动分段。图1示出了需要隔离的电路。这些包括诸如12的隔离器、诸如14的通道的输出以及公共驱动器18。这些隔离电路要求相对低的功率来操作。如先前所提及的，术语“浮动”意指通道将连接到客户/用户提供的接地，并且与地面接地电气隔离。
[0014]数字控制电路通过连接器接收通常为控制信号形式的数字通信，以及数字电力。模拟控制电路从模拟连接器接收模拟电力。模拟控制电路包括AFPGA 16，其产生用于产生8个独立通道的信号的驱动信号。这也将提供在当前实施例中使用的信号。测试和测量设备10将包括端口20或允许设备10连接到被测设备的其他连接器。它可以包括其它电路组件，诸如模数转换器(ADC)、诸如按钮和旋钮的用户接口控制件、显示器以及一个或多个处理器。测试和测量设备可以包括SMU或其他源、数字多用表、示波器、分析器、信号发生器，仅作为示例。
[0015]当前的解决方案包括使用单独的变压器组件。在高密度设计中，这些将努力占据物理上尽可能小的空间。例如，第一设备具有13.34mm的大小，并且第二设备具有13mm的大小。表1示出了这些组件的比较、从其产生的估计的布线面积、以及在示例性8通道解决方案中使用所述组件的面积。人们应该注意的是，这里的示例经常将指代8通道解决方案，但不旨在限于该特定示例，也不应暗示任何限制。
[0016]另一选项将使用定制的多输出紧凑型变压器，仅作为一个典型的示例。一个示例具有12.7
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12.5mm的大小。一些设计者可以将定制的磁学设计制作为包含多个输出绕组以适应分离的单独通道。这可以为较小的通道计数提供相对紧凑的解决方案，但是随着所要求的通道数量的增加，这种解决方案很快变得不可行。表1示出了对于上面的解决方案所示出的8通道解决方案的估计大小的比较。
[0017][0018]表1——传统解决方案的实现大小估计。
[0019]假设所需的功率水平与设计要求具有兼容性，则人们可以将数字接口磁性组件改换用途，以用于多通道电源应用。该组件的新颖使用在8个隔离通道的实现方面实现了极大
的减少。该类型的组件的一个示例具有8个绕组并且大约为28
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16mm。8通道设计包括的面积为714mm2，与表1中所示的具有远超过1000mm2的占地面积的其他设计相比节省了大量空间，而该设计远低于1000mm2。
[0020]数字接口磁性组件或接口磁性组件典型地在电信系统中操作。它以前从未出现在电源设计中。在一个示例中，通信链路典型地具有两个端，即接收本地AC电力的终端设备(TE)端。TE集成电路卡连接到组件的次级绕组，并且初级绕组连接到另一端(网络终端(NT)端)处的初级绕组。NT电路卡连接到与NT电路卡连接的次级绕组。这仅提供了一个示例来示出这样的组件的典型使用。
[0021]回到图1，该组件将代替公共通道驱动器18。如将进一步更详细地讨论的，组件可以具有定制驱动器电路。图2示出了诸如在SMU或其他测试装备中可用的多通道电源块中的通道的实施例。图2仅示出了两个通道，每个通道采用来自接口组件40的一个绕组，应当理解，通道根据需要复制多次。示图中的顶部电路将针对通道1，底部电路将是通道2，等等。无论通道有多少，这些都将根据需要复制多次，并且两个绕组之间的间隔比所示出的更小得多。相同的接口组件40包含小的占地面积内的所有绕组，但为了便于理解，示出为处于两个不同的位置。如上面所提及的，电源块本身可以是重复的，除了其他场景以外，电源块还可以包括多于一个的8变压器磁性接口组件，或者使用具有多于8个变压器的磁性接口组件。
[0022]每个通道具有几个部分，每个部分具有特定的目的。
[0023]在图2中，下部的通道在来自接口磁性组件的一个绕组40上操作。该绕组(在该情况下为中心抽头)连接到全桥整流器42，该全桥整流器42将来自该绕组的AC电源转换为D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多个隔离电力通道的电源块，所述电源包括具有多个绕组的接口磁性组件，每个绕组连接到所述隔离通道中的单独一个隔离通道。2.根据权利要求1所述的电源块，其中每个隔离通道进一步包括：全桥整流器，所述全桥整流器电连接到所述接口磁性组件的一个绕组，以将来自所述绕组的传入电力转换为直流信号；电压调节器，用于将来自全桥整流器的电压调节到期望的水平和极性；和至少一个输出端子，用于输出与其他通道的输出隔离的信号。3.根据权利要求2所述的电源块，其中，每个通道的全桥整流器连接到所述通道的绕组的中心抽头。4.根据权利要求2所述的电源块，其中，每个通道进一步包括全桥整流器电路和电压调节器之间的平滑电路。5.根据权利要求1所述的电源块，进一步包括连接到所述接口磁性组件的驱动器电路。6.根据权利要求5所述的电源块，其中，所述驱动器电路包括H桥电路。7.根据权利要求5所述的电源块，其中，所述驱动器电路在至少1MHz的频率下操作。8.根据权利要求5所述的电源块，其中，所述驱动器电路接收两个驱动信号作为输入。9.根据权利要求5所述的电源块，其中，所述输入是非重叠方波信号。10.根据权利要求5所述的电源块，其中，所述驱动器电路生成两个输出驱动信号，并且将所述输出驱动信号传输到所述接口磁性组件。11.根据权利要求1所述的电源块，其中，所述接口磁性组件具有小于1000...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：基思利仪器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：