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Les ingénieurs sont constamment à la recherche de nouveaux concepts pour obtenir des composants semi-conducteurs toujours plus performants afin de contribuer à l’amélioration du produit final, telles que les alimentations à découpage et les inverseurs de puissance. La forte demande pour les LED dans les applications commerciales et privées conduit à l’utilisation d’impulsions modulées en largeur, analogue à la technique d’atténuation de la lumière. Relativement à ces applications qui utilisent avantageusement le test par impulsions, cette technique offre une plus grande précision pour les composants discrets qui entrent dans le produit final et s’avère particulièrement essentielle. En contre partie, l’utilisation d’un stimulus de test par impulsions exige des instruments qui soient capables d’atteindre des fréquences de mesures extrêmement rapides.

Keithley a orienté le SourceMeter® de puissance modèle, 2651A pour la caractérisation d’une grande diversité de composants électroniques de forte puissance. Cette unité du type générateur/mesureur (SMU) est particulièrement bien adaptée pour les applications de test par impulsions parce qu’elle possède deux convertisseurs ADC de haute rapidité dont l’un pour les tensions et l’autre pour les courants avec en plus, deux autres ADC intégrateurs, communs à tous les SourceMeter de la série 2600A. Ces ADC rapides sont capables de numériser des impulsions brèves avec une résolution de 18 bits (le convertisseur intégrateur dispose d’une résolution de 22 bits). A l’encontre des SMU de la concurrence, qui ne fournissent que des valeurs moyennes, le modèle 2651A offre une souplesse suffisamment grande pour examiner les données brutes. La haute rapidité de ces ADC permet des taux d’échantillonnage de 1MHz en rafales. Les lectures peuvent être enregistrées périodiquement dans une mémoire permanente, intégrée dans l’appareil avant d’être transférées dans le système pour analyse.

La disponibilité des deux ADC rapides permet des mesures simultanées avec un taux d’échantillonnage de 1 MHz à la fois pour les tensions et les courants. Ce taux n’est en aucune façon dégradé si l’application nécessite d’échantillonner les deux signaux en même temps. Ce fonctionnement permet aussi la représentation du courant sans avoir recours à un oscilloscope et une sonde d’intensité.

Remarque encore plus importante : le modèle 2651A ne limite pas l’opérateur à la seule séquence : générateur retard mesure, car ses deux types de convertisseurs (haute rapidité et intégrateur) permettent des mesures asynchrones, Ainsi, l’opérateur peut paramétrer l’impulsion de déclenchement de mesure quand il le désire par rapport à l’occurrence de l’impulsion à mesurer. Cette souplesse inégalée permet de déclencher la mesure avant, après ou au cours de l’impulsion.

Voici quelques indications sur la manière d’utiliser cette nouvelle souplesse avec les mesures par impulsions :

 Les ADC sont si rapides qu’ils peuvent numériser le plateau au sommet de l’impulsion à condition que les mesures soient synchrones avec le générateur. La possibilité de caractériser la pente de la tension mesurée au sommet de l’impulsion est un facteur important pour évaluer la planéité du plateau de celle-ci. Pour les LED, la pente de la tension frontale mesurée (VF) indique s’il existe un auto échauffement significatif du composant ou non.

 Le logiciel d’analyse est souvent utilisé pour obtenir la valeur moyenne des données échantillonnées avec une meilleure précision. On peut aussi utiliser les filtres du 2651A pour obtenir cette valeur moyenne et la valeur médiane des lectures fournies par les convertisseurs rapides ; ceci permet d’obtenir des mesures de moyennes ponctuelles. Les applications possibles couvrent aussi l’étude de l’impédance thermique des semiconducteurs de puissance. Par exemple, les variations de la tension VF aux bornes de la diode fonctionnant en générateur/absorbeur renseignent sur les variations de température de la jonction du semi-conducteur chaque fois que celui-ci est traversé par une impulsion de forte puissance, ceci avec la prise en compte en continu des variations de la température externe du boîtier et de celle de son environnement extérieur, Ces variations de la tension VF renseignent aussi sur la manière dont la chaleur produite par le composant est dissipée à l’extérieur du boîtier.

 Dans un grand nombre d’applications, il est utile de caractériser la manière dont une impulsion est transmise à travers un composant ou un système. Cette caractérisation nécessite la numérisation de l’impulsion entière avec ses fronts de montée et de descente. Une telle mesure est rendue possible avec les convertisseurs ADC rapides à condition que ces mesures soient asynchrones par rapport au fonctionnement du générateur.

 Caractérisation avant l’impulsion. Cette caractérisation qui inclut aussi le déclenchement des mesures avant l’arrivée de l’impulsion est un autre mode utile pour le fonctionnement en générateur/mesureur. On utilise aussi parfois le mode par impulsions pour exercer des contraintes sur le composant. Il est alors important de noter l’état de celui-ci avant l’application de l’impulsion. Ceci peut être effectué en programmant une impulsion avec un niveau de retour au repos non nul et par le déclenchement des mesures avant l’arrivée de celle-ci. L’instrument permet de programmer le temps de départ des mesures avant l’arrivée de l’impulsion.

 Caractérisation après l’impulsion. Cette caractérisation nécessite des mesures déclenchées après l’arrivée de l’impulsion. Lorsqu’on utilise cette méthode pour exercer une contrainte sur un composant, celui-ci doit être également caractérisé après l’application de cette contrainte. Ceci est généralement réalisé en produisant une tension ou un courant prédéfinis après l’impulsion. La valeur est choisie de façon à ne pas provoquer de choc thermique ou électrique supplémentaire sur le composant. On peut effectuer cette mesure en produisant une impulsion avec un niveau de retour au repos non nul et en utilisant les convertisseurs ADC rapides. Les résultats fournis par les ADC indiquent la manière dont le composant récupère après cette contrainte.

Pour les concepteurs de composants et ceux qui sont en charge d’améliorer leurs performances, les convertisseurs ADC de haute rapidité, incorporés dans le modèle 2651A, permettent une analyse beaucoup plus fine et plus approfondie qu’il n’avait jamais été possible de faire auparavant avec un seul instrument. En conséquence, ces nouveaux moyens de mesure peuvent être utilisés pour la caractérisation d’une grande diversité de signaux transitoires qui étaient jusque là hors de portée des instruments du type générateur/mesureur du commerce.

Pour plus d’information sur la manière d’utiliser le modèle 2651A et ses ADC rapides, téléchargez gratuitement la note d’application de Keithley : Measuring Pulsed Waveforms with the High Speed Analog-to-Digital Converter in the Model 2651A High Power System SourceMeter® Instrument.