艾克賽普 芯片功耗和性能驗證解決方案
2024-01-02
一、解決方案概述
如今，人們對電子產品的功耗的要求不斷提高，半導體公司正在爭相設計低功耗、高能效的產品。為了在緊迫的市場周期內推出更有競爭力的產品，工程師需要快速測量、分析并正確地處理功耗數據。
傳統臺式示波器和數字萬用表(DMM)等價格過于昂貴，而且很難根據 Pin 腳或產品線進行擴展，而低成本數據采集解決方案往往精度不足，無法檢測到很多像芯片睡眠模式狀態下的微小電信號。面對這一進退兩難的困境，一些企業選擇僅僅對芯片部分功效進行分析，這將導致芯片高功耗、低品質等問題，最終引起市場機會的大量流失。
艾克賽普 芯片功耗和性能驗證解決方案具有高準確度和高通道數，有助于加快產品上市時間，您可以使用專用儀器和基于配置的軟件來快速設置、測量、記錄和可視化功耗測量數據。
艾克賽普解決方案的優勢
1、獲取可靠且一致的功耗測量結果，為設計提供準確的反饋，幫助客戶解決問題以及提高競爭力
2、 體積小巧，具有高可擴展性，可從幾個通道擴展到數百個通道
3、獲取針對目標細分市場的洞察，優化功率效率和性能
4、快速查看有意義的功耗數據，讓設計公司應用工程部門甚至客戶更早參與進來為系統級驗證提供幫助
5、通過完整的功率測量解決方案，最大限度提升設計和驗證團隊的效率
系統設置
在許多情況下，DUT 嵌入在某種類型的系統或操作環境（例如評估板卡或負載板）中，并在正常的終端使用條件下運行。為了測量每個電源導軌上的功耗，需要進行兩次測量：一次測量單端或接地基準電壓；另一次測量感測電阻上的差分電壓，用于計算電流。使用兩次測量收集的數據，將電壓和電流值相乘，就可以計算出瞬時功率。
借助體積小巧、通道數可變的高性能儀器，對數十個甚至數百個電源導軌執行電壓測量和基于分流電阻器的電流測量。
二、高性能的儀器
PXIe-4309 是一款靈活的模擬輸入儀器，專為低電平功率驗證測量而設計，能夠提供 28 位有效的分辨率。
該儀器具有與 DMM 類似的功能，例如濾波、求均值、自動歸零和斬波等，這些功能可補償誤差源并實現可重復的納伏級測量。單個 PXI 插槽最多支持 32 個通道，并且 PXI 機箱選項非常靈活，可選插槽數從 2 個到 18 個以上不等，您可以根據應用需求配置系統，未來還可以根據新需求進行擴展。高準確度和高通道密度的結合使其成為驗證半導體器件功率的理想之選，例如 CPU、GPU、AI 專用處理器、高端微控制器、FPGA、SoC 和其他 IC 功能塊，都非常適合。
PXIe-4309 是一款單插槽儀器，它使用內部多路復用器和八個隔離式同步采樣 ADC，對多達 32 個差分通道進行采樣。
主要特性
1、可變分辨率：18-28 位，具體視采樣率而定
2、最多 8 個同步差分模擬輸入通道（采樣率最高可達每通道 2 MS/s）
采樣率為每通道 2 MS/s 時分辨率為 18 位
采樣率為每通道 500 kS/s 時分辨率為 20 位
采樣率為每通道 2 S/s 時分辨率為 28 位
3、內置可選的多路復用器，因此 8 個 ADC 均可連接 4 個輸入通道，總共可連接最多 32 個輸入通道（采樣率高達每通道 100 kS/s）
4、提供四個輸入范圍：±15 V、±10 V、±1 V、±0.1 V
5、內置與 DMM 類似的信號調理功能，包括濾波、求均值、自動歸零和斬波等
6、具有出色的共模抑制比(CMRR)，可提供更高的絕對精度
100 Hz 信號輸入時 CMRR > 120 dBc
7、靈活的連接選項，包括前置式螺栓接線盒和多種線纜選項
8、PXIe 總線可在儀器和模塊化的可擴展平臺之間提供緊密同步
三、靈活的連接選項
提供從螺栓接線盒到專用連接線等三種連接選項。
提供各種連接解決方案，您可以從中選擇最適合自身需求的解決方案。
有線連接選項
為獲得出色的信號完整性，艾克賽普 建議在 PXIe-4309 儀器與評估模塊或負載板之間使用有線連接線。有線連接線選件在設計時考慮到不同應用的需求，可確保每個信號對的連線都正確絞合和屏蔽。如果采用此方案，客戶在設計 PCB 時應考慮信號路徑和對接連接器問題，以便直接將儀器連接到 PCB。此外，艾克賽普建議使用的線纜應盡可能短，這是因為即使經過適當的連線處理和屏蔽，線纜長度仍會影響測量性能。
螺栓接線盒
為獲取超快速、超靈活的連接選項，提供了一個帶螺栓端子的前置式接線盒。此選件可幫助您輕松評估PXIe-4309 或快速更改信號連接，但是它會顯著降低信號的完整性。因此使用此選件時，必須遵循絞合和屏蔽線對等相關的接線建議。最后，連線應保持盡可能短，并盡可能減少環境噪聲（例如，避免將測量系統放置在靠近電源導管或電源的位置）。
最佳連接方式
1、為了最大限度保持信號完整性和易用性，請盡可能采用直連解決方案
2、 盡早邀請 PCB 設計團隊參與到對接連接器的設計中，從而獲得符合各方需求的線纜方案
3、所有線纜或連線越短越好，并盡可能避免外部噪聲源
四、強大的應用軟件
艾克賽普建議將 PXIe-4309 儀器與 FlexLogger?軟件結合使用，這樣做有助于實現強大的交互式測量和數據記錄。此選項提供了易于使用且基于配置的工作流程，可幫助您快速配置、執行、記錄和可視化測量數據。
FlexLogger 軟件提供了易于使用且基于配置的工作流程——無需編程！
主要特性
利用易于使用且基于配置的工作流程——無需編程！
快速設置、分析和記錄測量數據
計算測量通道數據（例如，P = I * V）
多臺儀器之間自動同步測量捕捉全面的元數據，以便進行測試配置并實現結果的可溯源性
以 TDMS（包含全面元數據的二進制文件格式）或 CSV 格式在本地記錄測量數據
使用集成的 TDMS 數據查看器，以交互方式查看數據
利用插件開發套件完成其他定制設計（例如，添加第三方設備支持等）
實現外部控制和自動化
集成式 TDMS 數據查看器
FlexLogger 軟件支持兩種主要的數據記錄文件格式：TDMS 和 CSV。TDMS 是 NI 專有的二進制文件格式，其中包含全面的元數據，可用于完善測試配置和進行結果溯源。除了詳細的測量配置信息之外，還可對 FlexLogger 軟件進行配置，讓其提示用戶輸入相關信息（名稱、DUT 類型、序列號），并將所收集信息添加到元數據中。您也可以添加注釋，FlexLogger 軟件會將注釋添加到元數據中，并在采集測量數據時關聯相應的時間戳。
FlexLogger 軟件隨附內置的 TDMS 文件查看器，該查看器包含了全面的數據分析工具。TDMS 文件可直接在 FlexLogger 軟件項目中打開，采集數據后您可以直接以交互方式進行數據分析。在此查看器中，您可查看元數據以及原始測量值和時間戳；繪制測量數據；甚至回放測量數據。另外，借助免費的 TDMS 插件，可在 Microsoft Excel 中打開和查看 TDMS 文件，該插件會隨 NI 驅動程序軟件一起自動安裝。
FlexLogger 軟件隨附集成式 TDMS 文件查看器，可輕松訪問功能強大的數據分析工具。
NI-DAQmx 驅動程序和 API
如果您想構建或升級自主開發的軟件應用程序，那么 NI-DAQmx 驅動程序提供的出色 API 可助您一臂之力，它可以直接與多種開發選項結合使用，包括 LabVIEW、C、C#、Python 等等。這些原生(native)編程語言驅動程序均能夠提供出色的性能和無縫的體驗，而且完全不需要手動編寫函數。為確保與 DAQ 設備的長期互操作性，NI-DAQmx 驅動程序的 API 與所有 NI DAQ 產品的 API 完全一樣，這樣可在更換或升級硬件時，節省大量重新開發工作。如果您想對較舊的 DAQ 產品（例如 PXI-6255 或 PXI-6289）進行升級，這種 API 設計就顯得尤為重要。此外，驅動程序還提供了幫助文件、文檔說明和數十個即用型范例，您可基于這些范例快速開發應用程序。
NI-DAQmx 驅動程序為構建自定義自動化應用程序提供了出色的 API，支持 LabVIEW、C、C#、Python 及其他常用編程語言。
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