【泰克应用分享】一种新的软件时序偏差校准方法加速双脉冲测试进程

双脉冲测试中一个重要目标是，准确测量能量损耗。在示波器中进行准确的功率、能量测试，关键的一步是在电压探头和电流探头之间进行校准，消除时序偏差。

双脉冲测试软件（WBG-DPT）在4系、5系和6系示波器上均可使用，该软件包括一种新的专为双脉冲测试设计的消除时序偏差（deskew）的校准技术。这种新的方法与传统方法大有不同，测试速度显著加快，缩短了测试时间。

该技术适用于使用场效应晶体管或IGBT的功率转换器。在本篇文章中，我们将使用FET术语，来使得描述简单明了。

为什么要消除时序偏差（deskew）？

在设计任意一种功率变换器时，都必须尽量减少开关过程中的能量损耗。这种能量损耗可以使用示波器进行测量。一般方法是将同一时刻的电压和电流采样相乘，生成功率波形。

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

由于功率波形表示随时间变化的能量消耗，因此可以通过对功率波形进行积分来确定能量：

E = ∫p(t)dt

要准确测量能量损耗，电流和电压波形的转换应在时间上保持一致。因此，为了准确进行能量损耗测量，设计者必须矫正测试夹具和探头造成的延迟。

一般来讲，在测试装置上开始任何测量之前都要计算探头之间的偏差。对于低电压应用，可以使用函数发生器和时序偏差校准夹具（deskew夹具）（Tektronix P/N 067-1686-03）进行校准。但是，这种方法对于高电压和大电流应用而言，并非最佳选择。

为了匹配更高功率下低压漏-源极电压（VDS）和漏极电流（ID）的测量，传统技术需要重新布线测试装置。这要求移除负载电感，并用电阻取而代之。接下来进行测量，需要匹配VDS和ID测量值。这个过程可能需要一个小时或更长时间。

一种新的时序偏差校准（deskew）方法

泰克WBG-DPT解决方案是业内首创的基于软件的时序偏差校准（deskew）技术，无需重新布线，只需在进行双脉冲测量后即可执行。在新方法中，采集漏极电流（ID）用作参考波形。在导通期间，利用测试电路的参数模型计算出低压侧VDS对齐波形，其计算后的波形参考ID波形，相对于ID没有时序偏移。消除时序偏差的算法确定计算出的VDS波形与测量出的VDS波形之间的时序偏差。然后将deskew校准的数据修正到VDS测量通道。

时序偏差校准过程

如上所述，时序偏差校准可在测量后进行。在开始双脉冲测试时，无需担心VDS和ID之间的偏差，随后选择deskew设置并提供以下参数：

● 探头阻抗 - 在本文中假定为电流检测电阻（CVR）或分流电阻

● 有效“回路”电感

● 偏置电压（低压侧FET关断时两端的平均VDS）

● 差分阶数（模型用于平滑的滤波器阶数）

图3. 用于建立VDS_low对齐波形的等效电路。该电路假定使用一个电流观察电阻来测量ID。

在deskew菜单中输入的参数用于构建VDS对应波形。波形使用基尔霍夫电压定律建立：

其中：

● VDD - VDS_high表示电源轨电压和高压端场效应晶体管FET上的压降（需要注意，在开启期间，由于VDD是固定的，而VDS_high是高压端场效应晶体管FET本体二极管上的电压，所以这个量是恒定的）。

● Rshunt是分流电阻。

● ID是根据Rshunt上的压降测得的漏极电流。

● dID/dt是测得的漏极电流变化率。

● Leff是整个电源回路的有效电感。

如上所述，在开启期间，VDD - VDS_high实际上是恒定的。Rshunt和Leff也是恒定的。这意味着，模拟的VDS_low走线波形是ID的函数。

配置完参数后，用户按下WBG的deskew按钮。系统将根据指定的参数和漏极电流生成VDS的数学模型。该波形将显示在屏幕上。

图4. 根据ID计算出的VDS对齐波形与测量的VDS波形进行比较。偏移是对齐波形和测量波形之间的时间差。计算出偏斜后，就可以从ID波形中去除偏斜。

如上图所示，有效电感Leff考虑到了整个环路的“叠加”。因此，Leff通常是未知的，而这个参数需要反复调整。简单地将纠偏过程反复运行，并对Leff进行调整，直到计算出的对齐波形和测量出的VDS波形具有相同的形状。如果计算出的VDS对齐波形与测量的VDS波形在形状上存在差异，可以调整参数并再次运行校准时间偏差。

一旦参数设置准确，对齐波形和测量波形将具有相同的形状，系统就能确定并纠正偏斜。偏斜值显示在Deskew设置中，并自动应用于连接VDS信号的通道。

这一新流程可以准确地计算偏斜值，并将时序偏差校准时间从一小时或更长时间缩短到5至10分钟。

要了解有关双脉冲测试的更多信息，请访问双脉冲测试网页：https://www.tek.com.cn/solutions/industry/power-semiconductor/double-pulse-testing

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