第三代半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

第三代半導(dǎo)體器件毫不夸張的講為電源行業(yè)帶來(lái)了革新，基于其高速，小體積，低功耗的特點(diǎn)，越來(lái)越廣泛應(yīng)用在消費(fèi)電子及電力電子行業(yè)。不同技術(shù)的功率器件的性能區(qū)別?？梢钥吹剑瑐鹘y(tǒng)的Si基IGBT或者MOSFET管要么分布在高壓低速的區(qū)間，要么分布在低壓高速的區(qū)間，市面上傳統(tǒng)的探測(cè)技術(shù)可以覆蓋器件特性的測(cè)試需求。但是第三代半導(dǎo)體器件SiC 或GaN的技術(shù)卻大大擴(kuò)展了分布的區(qū)間，覆蓋以往沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)的高壓高速區(qū)域，這就對(duì)器件的測(cè)試工具提出非常嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。

今年在國(guó)家發(fā)布的新基建中，5G通訊電源、新能源逆變器和電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域，SiC和GaN器件將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，這給工程師進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的機(jī)遇，也帶來(lái)了全新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。本文將和大家探討當(dāng)下的行業(yè)現(xiàn)狀以及如何攻克測(cè)試難題。

目前很多工程師在橋式電路設(shè)計(jì)中都是以低壓側(cè)開(kāi)關(guān)特性來(lái)評(píng)價(jià)器件及設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，因?yàn)橛小敖拥亍眳⒖?，似乎只要帶寬滿足，電壓范圍滿足就可以了，但是事實(shí)上很多人忽略了其實(shí)高壓側(cè)和低壓側(cè)在驅(qū)動(dòng)和特性本身并不是相同的，不能通過(guò)下管測(cè)試推算上管測(cè)試，但是為什么工程師不真正來(lái)測(cè)試高壓側(cè)Vgs呢？主要是因?yàn)槟壳皼](méi)有合適的探頭和方法能測(cè)試準(zhǔn)確高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，它會(huì)受到帶寬限制，共模抑制比的限制，信號(hào)干擾等影響，所以只能用推測(cè)或者仿真等方式來(lái)預(yù)估，很大程度上增加了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不確定性，甚至存在很大安全隱患。

泰克作為測(cè)試儀器及方案的提供商，為了解決工程師的困擾，打造了全新的IsoVu光隔離探頭來(lái)完成相關(guān)的測(cè)試挑戰(zhàn)。

我們先看傳統(tǒng)差分探頭和IsoVu光隔離探頭測(cè)試相同高壓側(cè)Vgs信號(hào)效果對(duì)比?；疑牟ㄐ问莻鹘y(tǒng)差分探頭測(cè)試的效果，紅色的波形是泰克TIVP光隔離探頭測(cè)試的效果，能真實(shí)反饋高壓側(cè)Vgs的驅(qū)動(dòng)波形，真實(shí)呈現(xiàn)工程師想了解的驅(qū)動(dòng)波形，不用再依賴經(jīng)驗(yàn)或者猜測(cè)。

新的Tektronix IsoVu?Generation 2探頭提供了無(wú)與倫比的帶寬、動(dòng)態(tài)范圍、共模抑制以及多功能MMCX連接器的組合，為上管Vgs測(cè)量設(shè)置了新的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)者終于能看到以前隱藏的信號(hào)特征，再一次引領(lǐng)了高壓隔離探頭的技術(shù)革新。

1GHz光隔離探頭

更小的尺寸提升了DUT連接的便攜性

行業(yè)領(lǐng)先的CMRR特性

完全光隔離技術(shù)

完整測(cè)試系統(tǒng)

比第一代探頭體積縮小80%

使用傳統(tǒng)差分探頭幾乎不可能在高速不接地系統(tǒng)上進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。由于涉及更高的頻率和開(kāi)關(guān)速度，使用SiC和GaN等寬禁帶技術(shù)的工程師面臨準(zhǔn)確測(cè)量和表征器件的巨大挑戰(zhàn)。通過(guò)將探頭與示波器的電流隔開(kāi)，IsoVu探頭完全改變了功率研究人員和設(shè)計(jì)人員進(jìn)行寬禁帶功率測(cè)量的方式。

“第一代產(chǎn)品面世時(shí)，IsoVu探頭對(duì)我們的客戶來(lái)說(shuō)代表著真正的突破，因?yàn)樗麄兛梢哉嬲私獍霕蛟O(shè)計(jì)高側(cè)的性能，消除重大的盲點(diǎn)?！碧┛?a href="http://www.wenjunhu.com/v/" target="_blank">科技主流解決方案總經(jīng)理Suchi Srinivasan說(shuō)，“這次在第二代IsoVu中，將有更廣泛的客戶能夠獲得這種尖端隔離測(cè)量技術(shù)，完成產(chǎn)品級(jí)研發(fā)、驗(yàn)證和EMI故障排除等任務(wù)。”

“IsoVu技術(shù)對(duì)于支持客戶在設(shè)計(jì)中采用我們的功率轉(zhuǎn)換技術(shù)至關(guān)重要。”Cree科銳旗下企業(yè)Wolfspeed全球汽車現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師主管Cam Pham說(shuō)，“由于電流隔離功能，IsoVu技術(shù)使我們及我們的客戶能夠滿懷信心地準(zhǔn)確地表征高側(cè)事件。”

我們來(lái)看看第二代光隔離探頭和第一代IsoVu探頭對(duì)比，由于低壓側(cè)開(kāi)關(guān)、高壓側(cè)門(mén)級(jí)和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的寄生耦合，低壓側(cè)開(kāi)關(guān)有振鈴現(xiàn)象。再次，將IsoVu第一代的結(jié)果與第二代IsoVu的結(jié)果進(jìn)行比較。第二代IsoVu的性能如何比IsoVu第一代的性能有了很大的改善。IsoVu Gen 2提供更詳細(xì)，準(zhǔn)確。

我們?cè)賮?lái)看看第二代光隔離探頭和第一代IsoVu探頭對(duì)比。下圖顯示由于低壓側(cè)開(kāi)關(guān)、高壓側(cè)門(mén)級(jí)和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的寄生耦合，低壓側(cè)開(kāi)關(guān)有振鈴現(xiàn)象。將IsoVu第一代的結(jié)果與第二代IsoVu的結(jié)果進(jìn)行比較，第二代更加詳細(xì)、準(zhǔn)確，比第一代的性能有了很大改善。

IsoVu第二代探頭的特點(diǎn)

與第一代產(chǎn)品一樣，最新IsoVu第二代探頭采用已獲專利的光電技術(shù)來(lái)捕獲信號(hào)并為探頭供電，且不需要電氣連接示波器。與傳統(tǒng)高壓差分探頭相比，IsoVu探頭以獨(dú)一無(wú)二的方式同時(shí)提供了高帶寬、寬動(dòng)態(tài)范圍，并在探頭整個(gè)帶寬上實(shí)現(xiàn)了同類最優(yōu)秀的共模抑制比（CMRR）。非隔離探頭的CMRR額定值會(huì)隨著頻率提高迅速下降，所以不可能進(jìn)行更高頻率的測(cè)量。使用光纜還可以支持長(zhǎng)電纜，大大提高探頭抗EMI能力。

在第一代IsoVu系列基礎(chǔ)上，IsoVu第二代探頭進(jìn)行了大量的升級(jí)和增強(qiáng)，包括：

更小的尺寸 ——TIVP系列探頭的體積大約是第一代探頭的五分之一，可以更簡(jiǎn)便地接入以前不可能接入的難達(dá)測(cè)量點(diǎn)。此外，原來(lái)單獨(dú)的控制器盒已經(jīng)精簡(jiǎn)，現(xiàn)在自含在探頭的補(bǔ)償盒內(nèi)部。

更高的靈敏度 ——新探頭更加靈敏，在+/- 50V測(cè)量時(shí)噪聲更低，在寬帶隙測(cè)量中具有更高的可見(jiàn)度和電壓靈敏度。

更高的精度 ——新探頭在許多方面增強(qiáng)了準(zhǔn)確度，包括改善了DC準(zhǔn)確度，在全部輸入范圍上加強(qiáng)了增益準(zhǔn)確度，改善了溫度漂移校正功能。這些增強(qiáng)功能可以更加深入地表征寬帶隙設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提高了能效。

更少的針尖更換 ——傳感器頭上的動(dòng)態(tài)范圍更廣，與IsoVu Gen 1相比，相同的電壓范圍所需的針尖更少。這縮短了執(zhí)行器件測(cè)試所需的時(shí)間，消除了更換探頭時(shí)可能發(fā)生的錯(cuò)誤，也降低了客戶的成本。
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