降低蜂窩手機(jī)功耗并且延長(zhǎng)其電池壽命是每一位手機(jī)設(shè)計(jì)工程師的目標(biāo)。設(shè)計(jì)工程師正在不斷將MP3播放器、照相機(jī)以及全運(yùn)動(dòng)視頻等功能加入到現(xiàn)代手機(jī)中，從而需要不斷地將功耗降到最低。

將手機(jī)主要芯片（例如模擬基帶芯片和數(shù)字基帶芯片）的電源電壓降低--可能是2.8 V甚至1.8 V--是降低功耗的一種方法。但是當(dāng)設(shè)計(jì)工程師需要保留一顆或多顆采用高電源電壓的支持芯片時(shí)出現(xiàn)了問題。最常見的是智能手機(jī)的額外功能將需要較高的電壓。其中一個(gè)例子就是合弦鈴聲，由于音頻信號(hào)峰峰值范圍大約在3.2 V左右，因此產(chǎn)生和傳送這些鈴聲的電路通常需要4.2 V的電源電壓。這樣在基帶和鈴聲電路之間的接口處出現(xiàn)了問題。

為了說明這個(gè)問題，我們要使用模擬開關(guān)將語音或鈴聲切換到揚(yáng)聲器作為一個(gè)例子。為了使這兩類電路共存于同一塊印制電路板（PCB）上，要么折中功耗，要么使用基帶芯片中的低電壓數(shù)字邏輯驅(qū)動(dòng)模擬開關(guān)。然而應(yīng)當(dāng)注意，采用后一種方案可能會(huì)失去從基帶芯片降低電源電壓獲得的節(jié)省功耗，因?yàn)楫?dāng)模擬開關(guān)工作在非理想模式下，從而會(huì)產(chǎn)生很大的灌電流。

在研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中，工程師需要通過大量艱苦的工作對(duì)手機(jī)軟硬件作出改動(dòng)，以最小化電流泄露和優(yōu)化電池壽命，即使這種改動(dòng)通常都非常小。他們必須在實(shí)驗(yàn)室中精確評(píng)估電話的總消耗電流，通過獨(dú)立測(cè)量每一子系統(tǒng)開啟或關(guān)閉時(shí)的電流，了解其對(duì)設(shè)計(jì)總體方案的影響。

當(dāng)前流行的解決方案

雖然在測(cè)試中用來給手機(jī)上電的大多數(shù)電源都有內(nèi)置的電流測(cè)量能力，但這些測(cè)量結(jié)果也許不夠精確。如果電源不能進(jìn)行μA級(jí)的電流測(cè)量，ATE系統(tǒng)設(shè)計(jì)師就會(huì)轉(zhuǎn)而選擇數(shù)字萬用表。但當(dāng)利用數(shù)字萬用表測(cè)量μA級(jí)電流時(shí)，電源通路就從電源經(jīng)過數(shù)字萬用表到達(dá)DUT.這會(huì)增加布線的復(fù)雜程度和噪聲。在需要并行測(cè)試多臺(tái)DUT時(shí)，使用數(shù)字萬用表意味著要增加多路開關(guān)，以及為等待開關(guān)穩(wěn)定和依次測(cè)量多臺(tái)DUT而增加測(cè)試時(shí)間。要提高系統(tǒng)吞吐率，可為每一臺(tái)DUT專配一臺(tái)數(shù)字萬用表，這自然也加大了成本和增加了復(fù)雜性。

測(cè)量這些動(dòng)態(tài)電流的另一種方法是采用只能由少數(shù)幾家ATE廠商提供的專用電源，這類電源采用高帶寬的電壓調(diào)整器，以及能夠測(cè)量很寬范圍電流的集成化數(shù)字電流測(cè)量系統(tǒng)。在測(cè)試時(shí)用該專用電源代替手機(jī)電池，電源就能測(cè)量在測(cè)試期間流入手機(jī)的電流，直接給出手機(jī)功耗和泄露的電流。移動(dòng)電話制造商在生產(chǎn)測(cè)試中用這類專用電源驗(yàn)證移動(dòng)電話是否能夠達(dá)到功率要求。這類專用電源也可在實(shí)驗(yàn)室中用來表征手機(jī)及其關(guān)鍵部件。

在移動(dòng)電話生產(chǎn)中，大多數(shù)制造商都會(huì)測(cè)量手機(jī)各種工作狀態(tài)，諸如發(fā)送、接收、播放和接入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)的較大電流以及關(guān)機(jī)或待機(jī)時(shí)的小電流。大電流測(cè)量能夠保持ATE系統(tǒng)的快吞吐率，但測(cè)量小電流一般較慢，因?yàn)榇龣C(jī)模式、睡眠模式和泄漏電流測(cè)量需要為消除噪聲而采用長(zhǎng)的積分周期。

應(yīng)注意手機(jī)是在高電流泄露（如發(fā)送脈沖期間）和低電流泄露（如待命時(shí)）間切換。這就要求電源能如同手機(jī)的電池一樣，電源必須有很快的瞬態(tài)響應(yīng)能力以確保電壓穩(wěn)定。如果電源在瞬態(tài)變化時(shí)對(duì)手機(jī)供電電壓造成波動(dòng)，手機(jī)的低電池電壓探測(cè)電路就可能關(guān)斷手機(jī)。

為精確測(cè)量從電池流出的極低電流，這些電源有高阻值的電流分流器（100Ω至10kΩ）。未經(jīng)校正的大分流電阻將會(huì)造成輸出電壓產(chǎn)生非常大的跌落，以及DUT旁路網(wǎng)絡(luò)中常見容性負(fù)載造成的不穩(wěn)定性。為此，這些電源必須用專用電路動(dòng)態(tài)來短路這些高阻值分流器，從而把電源的瞬態(tài)響應(yīng)改進(jìn)到可接受的程度。眾多的專用電源制造商都有各自的技術(shù)，其中許多技術(shù)受專利保護(hù)。

當(dāng)前解決方案的不足之處

在這類技術(shù)中，為解決穩(wěn)定性問題，往往會(huì)把一個(gè)大電容器接到高阻值的分流器上。這樣做雖然解決了電壓穩(wěn)定性問題，但卻會(huì)浪費(fèi)大量的測(cè)量時(shí)間。因?yàn)樵谛‰娏髁鬟^這些大阻值分流器時(shí)，大電阻器和大電容器的組合形成了高時(shí)間常數(shù)和更長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間。

此外，這些技術(shù)還用MOSFET連接大電阻器，以在大電流驅(qū)動(dòng)時(shí)短路電阻器和電容器。激勵(lì)這些FET會(huì)產(chǎn)生輸出電壓的不連續(xù)，這是難以克服的挑戰(zhàn)，并非所有廠家的產(chǎn)品都會(huì)取得成功。

金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管（field-effecttransistor）。MOSFET依照其"通道"的極性不同，可分為n-type與p-type的MOSFET,通常又稱為NMOSFET與PMOSFET,其他簡(jiǎn)稱尚包括NMOSFET、PMOSFET、nMOSFET、pMOSFET等。

多數(shù)的解決方案用這些技術(shù)為手機(jī)的最終測(cè)試提供足夠的性能，但無論是在測(cè)量速度，還是在動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍上，尚不能達(dá)到測(cè)量手機(jī)內(nèi)各種部件的要求。手機(jī)生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)的電流測(cè)試，通常需要在100ms內(nèi)完成對(duì)30μA的測(cè)量精度。但這對(duì)于測(cè)試手機(jī)中的半導(dǎo)體器件來說則是太慢和太不精確了。半導(dǎo)體器件要求更快地測(cè)試，工作電流也小得多。許多器件甚至要求亞μA級(jí)的測(cè)量精度和數(shù)十毫秒的測(cè)量速度。

低電流測(cè)量的專利技術(shù)

為更快和更精確地測(cè)量這些低電平電流，Agilent設(shè)計(jì)師清楚地認(rèn)識(shí)到僅靠發(fā)展上述技術(shù)是不可能達(dá)到最終用戶要求的?，F(xiàn)在有了基于Agilent專利技術(shù)的新的精確測(cè)量低電流方法。采用該專利技術(shù)的Agilent電源在高電流時(shí)有快的瞬態(tài)響應(yīng)，并能進(jìn)行快速和精確的低電平電流測(cè)量。這種電源能進(jìn)行更快的小電流測(cè)量，因?yàn)樗恍枰却齼?nèi)部大電容器充電和信號(hào)穩(wěn)定。能在幾毫秒內(nèi)完成μA級(jí)電流測(cè)量，并且只有不到100nA的誤差。對(duì)大于2A的電流，瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間還不到50μs.

電容器通常簡(jiǎn)稱其為電容，用字母C表示。定義1:電容器，顧名思義，是'裝電的容器',是一種容納電荷的器件。英文名稱：capacitor.電容是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于隔直，耦合，旁路，濾波，調(diào)諧回路，能量轉(zhuǎn)換，控制電路等方面。定義2:電容器，任何兩個(gè)彼此絕緣且相隔很近的導(dǎo)體（包括導(dǎo)線）間都構(gòu)成一個(gè)電容器。在直流電路中，電容器是相當(dāng)于斷路的。電容器是一種能夠儲(chǔ)藏電荷的元件，也是最常用的電子元件之一。

Agilent專利解決方案采用有源方法，它去掉了目前解決方案中與在大電流分流器連接的電容器。雖然沒有電容器，這種有源方法仍解決了大阻值分流器引發(fā)的不穩(wěn)定性問題。沒有了電容器，也就實(shí)現(xiàn)了更快的響應(yīng)時(shí)間。專利電路用一個(gè)運(yùn)算放大器把電源輸出路徑中大阻值分流器的電阻（通常為10kΩ或更高）降到只有數(shù)mΩ。如果流過運(yùn)算放大器的電流超過最大閾值，它就開啟一組MOSFET,通過大阻值分流器而允許更高的電流流過。這些MOSFET的通斷以無縫方式完成，而不會(huì)產(chǎn)生任何電壓不連續(xù)。這項(xiàng)技術(shù)允許更快的低電平電流測(cè)量，并同時(shí)為今天的動(dòng)態(tài)負(fù)載保留了優(yōu)異的瞬態(tài)響應(yīng)性能。

專利方案的應(yīng)用領(lǐng)域

手機(jī)制造商可在生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)中使用這項(xiàng)解決方案，以精確測(cè)量待機(jī)模式下的整機(jī)功耗。而手機(jī)元器件制造商，如微處理器、RF功率放大器和其它相關(guān)的電路制造商也可在它們的生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)中使用這項(xiàng)解決方案。通過用電源快速測(cè)量低電流，制造測(cè)試系統(tǒng)就不需要等待電流測(cè)量結(jié)果，從而提高測(cè)試系統(tǒng)的吞吐率。在表征手機(jī)的功率放大器發(fā)送特性時(shí)，吞吐率對(duì)于最充分利用昂貴的RF測(cè)試資源是至為關(guān)鍵的。無論是對(duì)于機(jī)手還是元器件生產(chǎn)線，設(shè)備占用面積也是重要因素，高吞吐率和較小的設(shè)備尺寸都有利于高效使用現(xiàn)有廠房空間、傳送帶和 RF測(cè)試設(shè)備。

Agilent N6700模塊化電源的直流輸出模塊（圖1）已采用這些新的測(cè)量技術(shù)。研發(fā)和生產(chǎn)線工程師能通過選擇具有不同功率、電壓和性能等級(jí)的22種直流輸出模塊，配置一套1-4路輸出的直流電源系統(tǒng)。

圖1：IU高度的Agilent N6700模塊化電源是用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的理想設(shè)備

Agilent為研發(fā)應(yīng)用提供N6705A直流源分析儀（圖2），這是一種全新的測(cè)試儀器，它把4臺(tái)電源、數(shù)字萬用表、大功率任意波形發(fā)生器、示波器和數(shù)據(jù)記錄器集成在一臺(tái)儀器中，其體積也適合在工作臺(tái)上使用。該直流源分析儀有全功能和友好的用戶界面，能快速設(shè)置測(cè)試，并且無需編程。對(duì)于生產(chǎn)制造，Agilent N6700 1U高度的模塊化電源系統(tǒng)為ATE系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供優(yōu)化性能、功率和價(jià)格，以滿足生產(chǎn)線測(cè)試需要的靈活性。N6700模塊化電源系統(tǒng)有400W-1200W三種主機(jī)，在1U高度機(jī)箱中可裝入4塊模塊，從而把直流電源的密度增至最大。

圖2：為研發(fā)工程師量身打造的Agilent N6705A直流源分析儀

當(dāng)在N6700 模塊化電源系統(tǒng)主機(jī)中使用配備選件1UA μA級(jí)電流測(cè)量系統(tǒng)的模塊時(shí)，測(cè)量特性就包括通過它的內(nèi)置電流表進(jìn)行積分式μA級(jí)電流測(cè)量，并使用50kHz數(shù)化儀把數(shù)據(jù)捕獲至 4096點(diǎn)的緩存器。

當(dāng) N6705A 直流源分析儀裝入帶有選件1UA的電源模塊時(shí)，該μA級(jí)電流測(cè)量系統(tǒng)就能用直流源分析儀的內(nèi)置電流表、示波器和數(shù)據(jù)記錄器功能捕獲電流。

除了測(cè)量低電流外，選件 1UA 還增加了用來斷開電源正邊和負(fù)邊，包括遠(yuǎn)端感應(yīng)線的機(jī)械繼電器，從而實(shí)現(xiàn)電源和被測(cè)件之間完全的電氣隔離。