《圖一　電源供應器的命令處理與輸出反應步驟》

現今，許多電子產品的自動化測試時間只有幾秒鐘而已，但系統式直流電源供應器可能就出乎意料地佔掉了當中大部分的時間，因此若想達到最高的測試速度（test throughput），就得特別重視這個問題。儘管如此，一般在評估電源供應器時，都是以價格和輸出功率做為選擇標準，而不會從它對測試速度的影響層面來考量。電源供應器的命令處理時間、輸出反應和穩定時間（settling time）、以及量測速度等因素都會影響整體的測試速度，許多供應器的速度之慢可能令人意想不到。有時候，或許選擇價位較低的電源供應器，但卻未必最符合經濟效益。因此，在選購下一部系統式直流電源供應器的時候，仔細地評估其速度特性，並權衡測試時間成本，必定不會白費功夫，而能得到相當值回票價的結果。

系統式直流電源供應器輸出反應速度

許多產品都需要在多種不同的直流偏壓位準下進行測試，才能確保該產品在規格所訂的操作範圍內能夠正確地運作。然而，進行多次的偏壓位準變更加起來可能會多出數秒鐘的時間，而佔掉測試時間的一大部份。

當電源供應器的輸出電壓設定變更為一個新值時，會需要幾個步驟，如(圖一)所示，這些步驟全都會花掉一定長度的時間。

當電源供應器收到一個命令之後，必須要加以處理，這就是命令處理時間。接著，電源供應器的輸出會做出反應，變更為新的設定值，而達到最終值（落在一個特定的穩定範圍內）所需的時間則稱為輸出反應時間。

不同系統式直流電源供應器之間的差異有時相當地大，(表一)比較了兩種電源供應器的命令處理與輸出反應時間差異，一種是傳統的系統式直流電源供應器，另一種則是速度經過最佳化設計的電源供應器，這裡用的是Agilent N6750A系列直流電源供應模組，屬於(圖二)所示的N6700模組式電源系統系列，其快速的輸出反應可將電壓設定變更為新值所需的時間縮短數百毫秒之多。

電壓下調整功能會影響輸出反應時間

能夠快速地往上和往下改變電壓設定對測試速度的影響極大，因此需要特別留意調整的輸出反應時間。許多電源供應器都需要靠DUT上的實際負載來拉低電壓，當負載輕的時候，一些沒有下調整功能（down programmer）的電源供應器可能要花上一秒的時間才能達到最終值。但特別為高速而設計的電源供應器則會內建一個下調整器，它是一種負載電路，可以快速地釋放出電源供應器和DUT電容內的電力，在不需依靠DUT負載的情況下，快速地拉低電壓。

反應速度會影響測試速度：汽車ECU的例子

《圖二　Agilent N6700模組式電源系統》

汽車的電子控制器（Electronic Control Unit；ECU）需要在多種電壓下進行測試，如(圖三)所示。假設改用反應速度快的電源供應器可縮短200毫秒的輸出反應時間，則以一個20秒的測試時間內需要改變電壓15次的ECU來說，可縮短3秒的測試時間，也就是加快了15％的速度。這樣的改善程度在汽車電子業界很容易證明其價值，也相當受歡迎。

系統式直流電源供應器量測速度

《圖三　汽車ECU的主要偏壓位準》

一般在測試時，幾乎都會進行直流偏壓電流量測，因為它可以立即找出有瑕疵的電子產品。在測試時，通常需要對產品進行好幾項的偏壓電流量測，加起來就會對測試速度造成相當大的影響。量測的準確度和速度之間往往只能選擇一樣，使得問題又變得更加複雜。

有三個步驟會影響量測的時間：

使用內建的量測系統

直接透過系統式直流電源供應器內部的電流讀回（read-back）電路來進行量測是比較好的做法，因為使用分流器（shunt）和DMM從外部進行量測會造成電壓下降，並且帶來準確度和校準等問題。如果使用繼電多工器（relay multiplexer），則會帶來更多的誤差以及切換時間上的延遲。今日的系統式直流電源供應器都會明確列出電流量測的效能，範圍從基本準確度到超高準確度皆有，可合乎大多數應用的需求。

《圖四　電流讀回電路》

大部分通用型系統式直流電源供應器多採用傳統的讀回電路，如(圖四)所示。使用這種傳統的方法時，命令處理的時間會佔最久，加起來大約會造成100毫秒的量測延遲。快速的ADC量測擷取和回傳單一個讀值所需的時間很短，往往不超過2毫秒，總共所花的時間通常被視為單一個指標。

就大部分（但不是全部）的狀況而言，這種基本的方法可在準確度和速度之間提供適當的平衡，但對高波峰因數比（crest factor）的電流信號來說，例如數位行動電話的脈衝式電流吸汲方式，可能會出現量測穩定性（repeatability）的誤差（或抖動）。進行幾次量測後再加以平均計算可以改善這種誤差，但也會增加相當多的測試時間。

可設定的積分時間提供快速又準確的量測結果

速度經過最佳化設計的系統式直流電源供應器的量測命令處理時間會短得多，有些為了提高效能，還提供可設定的量測積分時間功能，以取代固定式的ADC和低通濾波器，如圖四所示，這種功能可以設定出足以媲美傳統方式的快速量測擷取時間。另外，可設定的積分時間也可以用來抵銷信號內的週期性雜訊和交流成份，只要以多一點點時間做為代價，就能改善量測效能。一個為人熟知的例子是在一個電源線週期（1PLC，16.7或20毫秒）的時間內進行積分運算，可以抵銷交流電源線雜訊。安捷倫科技的許多系統式電源產品（包括N6760A系列直流電源供應模組）則採取有點不同的做法，這些產品具有可設定的取樣週期和數位信號處理能力，可進行既快速又準確的量測。當量測擷取的積分時間可以設定以後，就需要將它列入整體的量測時間指標中一併考量。

量測速度會影響整體的測試速度

(表二)比較了傳統的系統式直流電源供應器與速度經過最佳化設計的電源供應器（這裡用的是Agilent N6760A系列直流電源供應模組）在量測命令處理與擷取時間上的差異。

將傳統的系統式直流電源供應器換成量測速度經過最佳化設計的電源供應器，可將量測時間由100毫秒左右縮短為只要幾毫秒而已，而在測試諸如ECU等一般需要量測好幾個電流吸汲狀況的產品時，可以省下0.5到1秒的時間，在測試速度的提升上相當值得。半導體元件的測試要求還會更高，其測試時間往往只有幾秒鐘或甚至更短，完全不可能允許100毫秒如此長的量測時間。

結語

系統式直流電源供應器是少數幾種需要同時提供電源並進行量測的儀器之一，因此對測試速度的影響往往比一般預期的來得大，必須要仔細地查驗和估算其提供電源和進行量測的速度特性，才能評估它對測試速度的影響。改用專門針對速度做最佳化設計的系統式直流電源供應器可以縮短測試時間達數秒之多，同時提供快速又準確的量測結果。由於現今許多產品的測試時間往往只有幾秒鐘而已，因此若能在速度上有所提升很容易即可證明這項投資的效益，也是業者相當樂見的成效。（作者任職於Agilent安捷倫科技）

延 伸 閱 讀

隨著數位技術的不斷進步，各種電子系統均採用了各種高效能的計算積體電路，例如CPU、FPGA和記憶體等，並使得計算速度越來越高。由此出現的情況是：一方面系統的電源電流不斷增加；而另一方面，由於這些元件採用了更為精細的製程，例如0.18μm的製造製程，工作電壓也下降到將近1V。這種低電壓大電流容易導致功率損耗，因此傳統的開關電源已不能滿足實際應用。相關介紹請見「視訊轉換盒及通訊系統應用中分散式電源結構解決方案 」一文。 現今新的行動電話和筆記型電腦所採用的電源管理系統都運用了大量類比和數位控制功能，其設計方法五花八門，有的是將IC分割成不同的功能區塊，有的則是使用單一顆混合信號IC來提供完整系統的功能。對工程師來說，要為新設計挑選及評估可能適用的電源管理系統並不是一件容易的事。你可在「 電源管理系統技術概述」一文中得到進一步的介紹。 本文將說明切換式電源供應器的傳導性與幅射性電磁干擾，以及耐受度（CONDUCTED AND RADIATED EMISSION AND SUSCEPTIBILITY）的測試法規、方法，以提供給切換式電源供應器設計工程師及從事電磁相容（EMC）測試人員，使其具備相關EMC實驗設立及執行程序知識。在「切換式電源供應器之EMC測量 」一文為你做了相關的評析。

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