艾克赛普 芯片功耗和性能验证解决方案
2024-01-02
一、解决方案概述
如今，人们对电子产品的功耗的要求不断提高，半导体公司正在争相设计低功耗、高能效的产品。为了在紧迫的市场周期内推出更有竞争力的产品，工程师需要快速测量、分析并正确地处理功耗数据。
传统台式示波器和数字万用表(DMM)等价格过于昂贵，而且很难根据 Pin 脚或产品线进行扩展，而低成本数据采集解决方案往往精度不足，无法检测到很多像芯片睡眠模式状态下的微小电信号。面对这一进退两难的困境，一些企业选择仅仅对芯片部分功效进行分析，这将导致芯片高功耗、低品质等问题，最终引起市场机会的大量流失。
艾克赛普 芯片功耗和性能验证解决方案具有高准确度和高通道数，有助于加快产品上市时间，您可以使用专用仪器和基于配置的软件来快速设置、测量、记录和可视化功耗测量数据。
艾克赛普解决方案的优势
1、获取可靠且一致的功耗测量结果，为设计提供准确的反馈，帮助客户解决问题以及提高竞争力
2、 体积小巧，具有高可扩展性，可从几个通道扩展到数百个通道
3、获取针对目标细分市场的洞察，优化功率效率和性能
4、快速查看有意义的功耗数据，让设计公司应用工程部门甚至客户更早参与进来为系统级验证提供帮助
5、通过完整的功率测量解决方案，最大限度提升设计和验证团队的效率
系统设置
在许多情况下，DUT 嵌入在某种类型的系统或操作环境（例如评估板卡或负载板）中，并在正常的终端使用条件下运行。为了测量每个电源导轨上的功耗，需要进行两次测量：一次测量单端或接地基准电压；另一次测量感测电阻上的差分电压，用于计算电流。使用两次测量收集的数据，将电压和电流值相乘，就可以计算出瞬时功率。
借助体积小巧、通道数可变的高性能仪器，对数十个甚至数百个电源导轨执行电压测量和基于分流电阻器的电流测量。
二、高性能的仪器
PXIe-4309 是一款灵活的模拟输入仪器，专为低电平功率验证测量而设计，能够提供 28 位有效的分辨率。
该仪器具有与 DMM 类似的功能，例如滤波、求均值、自动归零和斩波等，这些功能可补偿误差源并实现可重复的纳伏级测量。单个 PXI 插槽最多支持 32 个通道，并且 PXI 机箱选项非常灵活，可选插槽数从 2 个到 18 个以上不等，您可以根据应用需求配置系统，未来还可以根据新需求进行扩展。高准确度和高通道密度的结合使其成为验证半导体器件功率的理想之选，例如 CPU、GPU、AI 专用处理器、高端微控制器、FPGA、SoC 和其他 IC 功能块，都非常适合。
PXIe-4309 是一款单插槽仪器，它使用内部多路复用器和八个隔离式同步采样 ADC，对多达 32 个差分通道进行采样。
主要特性
1、可变分辨率：18-28 位，具体视采样率而定
2、最多 8 个同步差分模拟输入通道（采样率最高可达每通道 2 MS/s）
采样率为每通道 2 MS/s 时分辨率为 18 位
采样率为每通道 500 kS/s 时分辨率为 20 位
采样率为每通道 2 S/s 时分辨率为 28 位
3、内置可选的多路复用器，因此 8 个 ADC 均可连接 4 个输入通道，总共可连接最多 32 个输入通道（采样率高达每通道 100 kS/s）
4、提供四个输入范围：±15 V、±10 V、±1 V、±0.1 V
5、内置与 DMM 类似的信号调理功能，包括滤波、求均值、自动归零和斩波等
6、具有出色的共模抑制比(CMRR)，可提供更高的绝对精度
100 Hz 信号输入时 CMRR > 120 dBc
7、灵活的连接选项，包括前置式螺栓接线盒和多种线缆选项
8、PXIe 总线可在仪器和模块化的可扩展平台之间提供紧密同步
三、灵活的连接选项
提供从螺栓接线盒到专用连接线等三种连接选项。
提供各种连接解决方案，您可以从中选择最适合自身需求的解决方案。
有线连接选项
为获得出色的信号完整性，艾克赛普 建议在 PXIe-4309 仪器与评估模块或负载板之间使用有线连接线。有线连接线选件在设计时考虑到不同应用的需求，可确保每个信号对的连线都正确绞合和屏蔽。如果采用此方案，客户在设计 PCB 时应考虑信号路径和对接连接器问题，以便直接将仪器连接到 PCB。此外，艾克赛普建议使用的线缆应尽可能短，这是因为即使经过适当的连线处理和屏蔽，线缆长度仍会影响测量性能。
螺栓接线盒
为获取超快速、超灵活的连接选项，提供了一个带螺栓端子的前置式接线盒。此选件可帮助您轻松评估PXIe-4309 或快速更改信号连接，但是它会显著降低信号的完整性。因此使用此选件时，必须遵循绞合和屏蔽线对等相关的接线建议。最后，连线应保持尽可能短，并尽可能减少环境噪声（例如，避免将测量系统放置在靠近电源导管或电源的位置）。
最佳连接方式
1、为了最大限度保持信号完整性和易用性，请尽可能采用直连解决方案
2、 尽早邀请 PCB 设计团队参与到对接连接器的设计中，从而获得符合各方需求的线缆方案
3、所有线缆或连线越短越好，并尽可能避免外部噪声源
四、强大的应用软件
艾克赛普建议将 PXIe-4309 仪器与 FlexLogger™软件结合使用，这样做有助于实现强大的交互式测量和数据记录。此选项提供了易于使用且基于配置的工作流程，可帮助您快速配置、执行、记录和可视化测量数据。
FlexLogger 软件提供了易于使用且基于配置的工作流程——无需编程！
主要特性
利用易于使用且基于配置的工作流程——无需编程！
快速设置、分析和记录测量数据
计算测量通道数据（例如，P = I * V）
多台仪器之间自动同步测量捕捉全面的元数据，以便进行测试配置并实现结果的可溯源性
以 TDMS（包含全面元数据的二进制文件格式）或 CSV 格式在本地记录测量数据
使用集成的 TDMS 数据查看器，以交互方式查看数据
利用插件开发套件完成其他定制设计（例如，添加第三方设备支持等）
实现外部控制和自动化
集成式 TDMS 数据查看器
FlexLogger 软件支持两种主要的数据记录文件格式：TDMS 和 CSV。TDMS 是 NI 专有的二进制文件格式，其中包含全面的元数据，可用于完善测试配置和进行结果溯源。除了详细的测量配置信息之外，还可对 FlexLogger 软件进行配置，让其提示用户输入相关信息（名称、DUT 类型、序列号），并将所收集信息添加到元数据中。您也可以添加注释，FlexLogger 软件会将注释添加到元数据中，并在采集测量数据时关联相应的时间戳。
FlexLogger 软件随附内置的 TDMS 文件查看器，该查看器包含了全面的数据分析工具。TDMS 文件可直接在 FlexLogger 软件项目中打开，采集数据后您可以直接以交互方式进行数据分析。在此查看器中，您可查看元数据以及原始测量值和时间戳；绘制测量数据；甚至回放测量数据。另外，借助免费的 TDMS 插件，可在 Microsoft Excel 中打开和查看 TDMS 文件，该插件会随 NI 驱动程序软件一起自动安装。
FlexLogger 软件随附集成式 TDMS 文件查看器，可轻松访问功能强大的数据分析工具。
NI-DAQmx 驱动程序和 API
如果您想构建或升级自主开发的软件应用程序，那么 NI-DAQmx 驱动程序提供的出色 API 可助您一臂之力，它可以直接与多种开发选项结合使用，包括 LabVIEW、C、C#、Python 等等。这些原生(native)编程语言驱动程序均能够提供出色的性能和无缝的体验，而且完全不需要手动编写函数。为确保与 DAQ 设备的长期互操作性，NI-DAQmx 驱动程序的 API 与所有 NI DAQ 产品的 API 完全一样，这样可在更换或升级硬件时，节省大量重新开发工作。如果您想对较旧的 DAQ 产品（例如 PXI-6255 或 PXI-6289）进行升级，这种 API 设计就显得尤为重要。此外，驱动程序还提供了帮助文件、文档说明和数十个即用型范例，您可基于这些范例快速开发应用程序。
NI-DAQmx 驱动程序为构建自定义自动化应用程序提供了出色的 API，支持 LabVIEW、C、C#、Python 及其他常用编程语言。
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