使用 R&S®RT-ZISO 隔离探测系统进行准确的双脉冲测试

双脉冲测试 (DPT) 对于评估金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)、绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 以及宽禁带 (WBG) 功率半导体器件的开关特性至关重要。功率开关器件的压摆率不断提高,尤其是高侧功率晶体管,以开关节点为测量参考点时,会形成快速变化的共模环境。传统高压差分探头在较高频率下的共模抑制比有限,因此难以获得良好的测量结果。

R&S®RT-ZISO 隔离探测系统
R&S®RT-ZISO 隔离探测系统;带宽:100 MHz 至 1 GHz;输入范围:±3000 V;CM 范围:±60 kV;1 GHz 时的 CMRR:90 dB;最高灵敏度范围:±20 mV
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您的任务

在评估功率晶体管特性时,为准确测量快速开关瞬态,需要在 DPT 系统中分析动态导通电阻和开关损耗,同时应对高电压差和共模 (CM) 噪声。传统探测方法难以同时满足安全性、准确性和带宽要求,尤其是在宽禁带半导体测试中。在测量高侧晶体管的栅源电压时,低侧晶体管切换开关节点,会导致共模电压快速变化。传统高压差分探头使用较长的 4 mm 香蕉插头测试线时,极易受到噪声干扰。工程师需要一种能够克服这些局限的解决方案,以实现高精度测量和高频下的高共模抑制比 (CMRR)。

晶体管栅极充电细节
晶体管栅极充电细节:R&S®RT-ZHD07 差分高压探头(左侧,蓝色)的部分细节被 CMRR 噪声掩盖,而 R&S®RT-ZISO(右侧,绿色)揭示了隐藏的细节
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罗德与施瓦茨解决方案

R&S®RT-ZISO 隔离探测系统专为应对这类测量挑战而设计。光隔离技术限制通向测量设备的回流路径,有助于抑制 CM 噪声。新的同轴探测方式使带屏蔽层的探头前端能够将快速 CM 噪声引回源端,从而最大限度地减少对测量信号的干扰,并使探头具备出色的 CMRR。传统高压差分探头在最高 400 MHz 的带宽下,CMRR 通常仅为 20 dB 至 25 dB。下图详细展示了如何使用 R&S®RT-ZISO 测定晶体管的栅极充电效应。

DUT 位于高侧的双脉冲测试系统。
DUT 位于高侧的双脉冲测试系统。在栅极测量中,开关节点的切换会表现为共模信号。
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DPT 系统中的 CMRR 注意事项

在 DPT 系统中测量快速功率器件时,R&S®RT-ZISO 隔离探测系统有助于抑制 CM 噪声,还原真实的测量结果。只有当测量路径的插入电感降至最低时,才能实现良好的 CMRR。可以使用插孔式和宽插孔式探头前端,但与同轴探头前端相比,这些探头前端在连接 DUT 和进行信号布线时,会导致高频率下的 CMRR 大幅降低。因此,需要合理设计连接器,并注意信号布线。在这方面,DPT 专家的建议会很有帮助。

PE-Systems GmbH 为全球用户提供 DPT 解决方案,包括模块化 DPT 测试仪的设计和系统集成服务。模块化夹具有助于最大限度地降低寄生效应,并采用 MMCX 连接器设计与 R&S®RT-ZISO 配合使用,以确保出色的信号性能。丰富的经验和专业知识对于获得准确且可重复的测量结果至关重要。

凭借低噪声和 ±20 mV 的高灵敏度,该探头同样适用于分流器电流测量。PE-Systems 采用了低插入电感、高带宽的 MMCX 表面贴装分流器,以实现准确的电流测量。

PE-Systems GmbH 双脉冲测试仪
PE-Systems GmbH 双脉冲测试仪采用集成式机架测试配置,配备栅极驱动器和测量仪器,并将整个测试系统设置在便于操作的安全防护箱内;支持通过温控气流系统和元件自动拾取进行灵活定制
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电气性能之外的其他 DPT 要求

DPT 测试还需要兼顾机械适应性和测试环境。高电压与大电流测试在安全防护箱内进行,设备和探头的安装空间有限。模块化测试系统需要满足温度调节要求,并配备复杂的栅极驱动器,要求合理布置仪器和探头。

R&S®RT-ZISO 配备长型可塑探头前端,并提供兼容常见三脚架和相机支架的探头支架,便于灵活定制。可塑探头前端能够保持形状,对连接器施加的作用力极小,有助于延长其使用寿命。在处理高频共模信号时,应使测试仪器保持安全距离或进行屏蔽,以尽可能减少干扰。

PE-Systems 的模块化 DPT 测试仪支持 MXO 5C 示波器以及 R&S®RT-ZISO 的 10 米长光纤电缆。PE-Systems DPT 测试仪还可通过软件进行远程操作,从而在安全距离内控制设备和探头。

总结

下一代功率器件的 DPT 测试对高频和高电压范围内的 CMRR 提出了更高要求。R&S®RT-ZISO 隔离探测系统专为满足这些需求而设计。结合 PE-Systems 的 DPT 测试解决方案,这些探头拓展了测试能力,可在噪声环境中实现准确测量,并支持快速分流器电流测量。

随着精度和可靠性要求不断提高,测试设计和专用测试系统方面的专业能力变得至关重要。罗德与施瓦茨和 PE-Systems 的联合解决方案能够全面满足您的测量要求。

MXO 5C:四通道型号

MXO 5C:八通道型号

PE-Systems GmbH DPT 测试夹具

PE-Systems GmbH DPT 测试夹具

PE-Systems GmbH 通用栅极驱动器

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