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拆解安捷伦电源/丈量单元(SMU)

Dave Jones在5年时间里,上传了超过600个电子类的视频。在每周二,Jones会拆解一个不错的设备(当然,有时候没有那么好),Jones并不是简单地把盒子破坏、打开,他会用他丰富的电子设计知

Dave Jones在5年时刻里,上传了超越600个电子类的视频。在每周二,Jones会拆解一个不错的设备(当然,有时候没有那么好),Jones并不是简略地把盒子损坏、翻开,他会用他丰厚的电子规划常识来阐明这个设备是怎样规划的,为什么要这么规划。

这一周,Jones拆解了一台安捷伦Agilent B2912A 精细型电源/丈量单元(SMU),它具有以下功用特性:10 fA/100 nV 最小电源分辨率(61/2 位),高分辨率的恣意波形生成 (10μs最小距离),高速数字转化才能 ( 采样率最高为 100000点/秒 ),这些精细仪器通常被用来丈量半导体器材,并发生咱们在数据手册上看到的电压-电流曲线。

(注:Jones把SMU称作“Shmoo”是比较有意思的,由于早在上世纪70年代,Shmoo图就被用来表征半导体器材,这一时刻要比SMU的呈现早许多,相同也要比安捷伦早许多。Shmoo是Al Capp在Li’l Abner 连环漫画中发明的虚拟人物,而shmoo图很像shmoo这个卡通人物,因而选用了相同的称号。)

Jones发现了至少5颗Xilinx器材:3颗Spartan FPGA以及2颗9572XL CPLD(是的,Xilinx还在出产这些CPLD)。安捷伦SMU的处理器板使用了1个STMicro SPEAR eMPU (ARM Cortex-A9)和1个Xilinx Spartan-3E XC3S1200E FPGA器材,从板子的布线能够看到,Xilinx FPGA为SPEAR处理器芯片供给了外部I/O的扩展,由于FPGA处于微处理器和处理器板的边际连接器之间。

安捷伦B2912A SMU处理器板。图片来历:Dave Jones,EEVblog.com

Jones指出,安捷伦为了后续处理器板的晋级需求,而把处理器电路从模仿板中分离出来,这样能够只晋级处理器板上的快速演进的数字部件,而不需求改动模仿板的规划。“他们(安捷伦)想制作一个习惯未来15年开展的仪器,在这15年里,模仿部分的规划不会过期,可是数字控制器或许需求进行晋级”

Jones是对的。假如把处理器板放在现在来规划,为了对功用进行晋级以及简化规划,安捷伦很或许会选用Zynq彻底可编程的SoC器材来代替上面STMicro SPEAR处理器芯片,由于Zynq SoC器材内置了一个双核ARM Cortex-A9 MPCore处理器以及可编程逻辑。

安捷伦SMU中有两块精细的电压/电流 电源板,每块板都有2颗Xilinx可编程器材:一颗是Spartan-6 XC6SLX45 FPGA,另一颗是XC9572XL CPLD。为什么需求两颗可编程逻辑器材呢?Jones留意到了一个细节,他发现板上使用了一个TI ISO7240M双通道数字阻隔器来把两颗可编程器材分隔。Spartan-6 FPGA完成了恣意波形发生器的功用。该FPGA要驱动一个TxDAC的模仿器材,TxDAC接着要驱动板子的power FETs,power FETs水平散布在板子的中心方位,上面覆盖着大块的铝散热片。Jones以为,CPLD的用处是把仪器处理器板的执行命令传递给被阻隔的Spartan-6 FPGA。

下图是Jones拍照的安捷伦SMU模仿板的相片,Spartan-6 FPGA坐落右侧大%&&&&&%的下方,CPLD在两颗芯片的左面,TI的数字阻隔器在中心。假如仔细看,能够看到这些器材邻近的丝网印刷的电流阻隔线。

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