一、引言
       在新能源電池、功率半導體、柔性電子等前沿應用場景中，材料常被置于快速脈沖、電壓尖峰或大電流沖擊的復雜工況下，其導電路徑、發(fā)熱行為乃至失效機理都會隨瞬態(tài)電氣條件而劇烈變化。如果只依賴穩(wěn)態(tài)直流或低頻測試，很容易低估材料在真實工作環(huán)境中的風險和性能極限。通過系統(tǒng)地研究電壓-電流動態(tài)特性，研發(fā)人員能夠捕捉材料在微秒到秒級時域內(nèi)的響應曲線，進而量化其導電性衰減和熱穩(wěn)定性等相關(guān)特性，為配方迭代、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可靠性評估提供精準依據(jù)。
       本方案旨在為材料提供電壓-電流動態(tài)特性測試解決方案。通過激勵源對材料施加特定波形的電壓或電流激勵，使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集經(jīng)過材料后的電壓、電流等信號變化，以此分析材料的動態(tài)特性。通過對電壓和電流信號的精準采集，可以實時監(jiān)測材料在不同電氣條件下的反應，幫助用戶深入了解材料在實際工作狀態(tài)下的性能表現(xiàn)。這一過程對于評估材料的導電性、熱穩(wěn)定性和抗壓能力等特性至關(guān)重要，為材料的優(yōu)化與設計提供科學數(shù)據(jù)支持。測試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如下：
 

圖 1 測試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
 

二、具體測試方案
2.1 測試系統(tǒng)原理
     系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括激勵源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。激勵源提供可編程波形輸出，波形類型、信號頻率、幅值及直流偏置均可按客戶需求自由編輯。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過電壓采集模塊并聯(lián)在被測材料兩端，實時采集材料上的電壓信號，同時通過電流采集模塊串聯(lián)在回路中，監(jiān)測電流變化。通過數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，用戶可獲取精確的電壓、電流數(shù)據(jù)，并可進行實時時域波形查看和頻譜分析。數(shù)據(jù)通過高速存儲方式保存，確保數(shù)據(jù)完整與安全。軟件部分提供一體化的數(shù)據(jù)采集與分析平臺，支持對采集的電壓和電流信號進行實時查看、存儲和導出。內(nèi)置的時域波形顯示和頻譜分析功能，幫助用戶即時識別信號中的異?；蝾l譜特性。此外，系統(tǒng)可按需導出測試結(jié)果，便于后續(xù)離線分析或報告制作。
      通過硬件與軟件的協(xié)同，本系統(tǒng)可對材料的電壓-電流動態(tài)特性進行同步測量與分析。測試時，任意波形發(fā)生器首先將設定的激勵信號（頻率、幅值、偏置均可編程）注入被測材料輸入端；電壓采集通道以并聯(lián)方式接在材料兩端，實時記錄其端電壓變化；電流測量通道則在回路中串聯(lián)電流采集模塊（或精密分流電阻），同步捕獲流經(jīng)材料的電流。所有通道數(shù)據(jù)經(jīng) PXIe 機框匯總并由 ASMC 軟件統(tǒng)一時序，對應的時域波形和頻譜分析可即時顯示并高速存儲。這樣，用戶即可獲得材料在不同電氣激勵下的完整電壓-電流響應曲線，準確評估其導電特性、動態(tài)阻抗及能耗表現(xiàn)，為材料優(yōu)化與設計提供可靠依據(jù)。測試流程圖如下：

圖 2 測試流程圖

2.2 數(shù)據(jù)采集與測試分析軟件ASMC介紹
      數(shù)據(jù)采集與測試分析軟件ASMC具備多項強大功能，能夠為材料的電壓-電流動態(tài)特性測試提供全方位的支持。軟件支持電壓和電流的高精度采集，能夠連續(xù)測量被測材料兩端電壓及回路電流，并確保全通道同步，保證數(shù)據(jù)的準確性與一致性。軟件還提供實時波形顯示功能，能夠在采集過程中即時呈現(xiàn)時域波形，幫助測試人員隨時觀察材料的響應情況，提升測試的實時性和操作便捷性。
       此外，ASMC軟件具備數(shù)據(jù)自動保存功能，能夠?qū)⒉蓸訑?shù)據(jù)實時寫入本地高速存儲，確保長時間測試過程中數(shù)據(jù)的完整性，避免漏幀現(xiàn)象的發(fā)生。在試驗結(jié)束后，軟件支持將數(shù)據(jù)導出為多種常用文件格式（如CSV、XLSX等），簡化離線分析與報告制作過程。
       軟件界面提供靈活的參數(shù)調(diào)整功能，允許用戶實時設定各通道的采樣率與量程，并支持信號采集類型的動態(tài)更改，以滿足不同測試需求。同時，ASMC軟件內(nèi)置頻譜分析與功率計算模塊，利用FFT和功率算法對采集信號進行頻域分析，并輸出平均功率、峰值等統(tǒng)計結(jié)果，為后續(xù)的深度數(shù)據(jù)分析和決策提供有力支持。
      通過這些功能，ASMC軟件能夠全面滿足材料電氣性能測試中的各種需求，確保測試過程中的數(shù)據(jù)采集、分析及報告制作的高效性與準確性。軟件示意圖如下：

圖 3 數(shù)據(jù)采集與測試分析軟件示意圖

2.3 測試系統(tǒng)核心參數(shù)
       本測試系統(tǒng)具備多項關(guān)鍵參數(shù)，確保其在各種測試場景中高效、精準地運行。系統(tǒng)提供8路可配置輸入通道，支持電壓、IEPE、電流、應變橋、RTD等信號類型，能夠靈活應對不同的測量需求。信號類型包括電壓（±2 mV ~ ±100 V）、IEPE（±100 mV ~ ±10 V）、電橋（±1 mV ~ ±1000 mV）、電阻（10 Ω ~ 30 kΩ）、電流（±30 mA）、MSI計數(shù)/熱電偶/LVDT等。系統(tǒng)的最大采樣率為每通道0 S/s ~ 5 MS/s，確保對高頻率信號的采集。采樣分辨率在0 ~ 2 MS/s范圍內(nèi)為24位，而在大于2 ~ 5 MS/s時為18位，以適應不同精度要求。
      系統(tǒng)的模擬帶寬為2 MHz，能夠滿足常見測試信號頻段的需求，并且提供了通道與機箱之間的隔離等級為±350 V DC，保證了在復雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。額定輸入耐壓（對地）為33 V RMS / 46.7 V PEAK / 70 V DC，具備較強的抗干擾能力。參考校準端口采用SMB接口（LEMO版本專用），方便進行系統(tǒng)的校準與參考。系統(tǒng)還配備了512 MB的板載數(shù)據(jù)緩沖，確保數(shù)據(jù)存儲的高效性和連續(xù)性。
      為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步或外部總線采集，系統(tǒng)提供了一個高速CAN 2.0接口。用戶可選配AOUT-8版本，提供隔離的模擬輸出，支持±5 V、±10 V或±30 mA的輸出范圍，以滿足不同的測試需求。輸入接插件方面，系統(tǒng)提供8通道0B-LEMO接口（或4通道D-SUB/BNC，視版本而定），確保多樣化的接入方式。工作環(huán)境方面，系統(tǒng)的工作溫度范圍為0 ℃ ~ +45 ℃，存儲溫度為-20 ℃ ~ +70 ℃，并且支持10 % ~ 80 %（非冷凝）的工作濕度，以及5 % ~ 95 %的存儲濕度，適應多種環(huán)境條件。
      在可靠性方面，系統(tǒng)的MTBF（平均故障間隔時間）為2M采樣率版為196,187小時，5M采樣率版為93,843小時，體現(xiàn)了其高穩(wěn)定性。功耗方面，系統(tǒng)在不同模式下的典型功耗為：電壓模式 ≤ 15 W；IEPE模式 15 W / 19 W；橋式模式 18 W / 21 W。該測試系統(tǒng)為PXIe 3U單槽模塊，占用空間小，適合緊湊的測試環(huán)境。
      這些核心參數(shù)確保了系統(tǒng)在高精度和高效率的測試過程中能夠穩(wěn)定運行，滿足多種測試需求，提供可靠的數(shù)據(jù)采集與分析支持。
 

三、方案優(yōu)勢特點
1、 同步電壓 / 電流測量：單張 PXIe 采集卡提供8路可配置電壓或電流通道。
2、高精度 / 采樣模式隨時切換：采樣率在 0–2 MS/s 時維持 24 bit 分辨率，提升至 2–5 MS/s 時自動切換為 16 bit，既保證穩(wěn)態(tài)測試的高精度，又滿足瞬態(tài)沖擊測量的高速需求。
3、多量程輸入一體化：同一模塊即可混采 ±2 mV ~ ±100 V 電壓、±30 mA 電流、IEPE、橋式應變、RTD 等多種信號，省去切換采集模塊的時間。
4、2MHz帶寬 + 通道隔離：高模擬帶寬配合全通道 / 通道-機箱隔離，有效抑制共模噪聲，保障高頻與大共模場景下的數(shù)據(jù)完整性。
5、任意波形激勵與自由編輯：激勵波的類型、頻率、幅值、直流偏置均可腳本設定；波形確定后可一鍵發(fā)出，縮短用例準備與重復迭代時間。
6、硬件時鐘級同步：采集模塊共用 PXIe 時基，毫秒級對齊電壓并聯(lián)和電流串聯(lián)通道，為功率計算和頻譜分析提供高精度時間基準。
7、高速數(shù)據(jù)存儲保障：采集數(shù)據(jù)實時寫入機框內(nèi)高速存儲卡，滿足長時高頻測試，確保原始波形完整留存。
8、一鍵數(shù)據(jù)導出與報告生成：采集完成后，ASMC 軟件可將電壓、電流原始數(shù)據(jù)及頻譜分析結(jié)果一鍵導出為常用文件格式，并自動生成測試報告，便于后續(xù)歸檔與共享。
 

四、硬件核心產(chǎn)品介紹
4.1 多功能采集卡
      ASMC-PXIe-4054 多功能采集卡專為電壓-電流動態(tài)特性測試而設計，單槽3U PXIe形態(tài)集成8路可編程輸入，可按需切換為高精度電壓（±2 mV-±100 V）、電流（±30 mA）、IEPE、橋式應變或RTD熱電阻測量，同卡即可同步接入熱電偶與LVDT等輔助信號。每通道采樣率最高 5MS/s，其中0-2MS/s 保持24 bit 分辨率，2-5MS/s 為 18 bit，配合2MHz 模擬帶寬和512 MB 板載緩沖，可無丟幀記錄瞬態(tài)沖擊與穩(wěn)態(tài)漂移。通道-通道及通道-機箱隔離等級達±350 V DC，額定耐壓33 V RMS，確保在高共模噪聲場景下依舊獲得干凈波形。板上預留1個高速 CAN 2.0 口用于同步采集外部總線數(shù)據(jù)；AOUT-8 版本還提供隔離±5 V/±10 V或±30 mA 模擬輸出，方便閉環(huán)控制或校準。卡片工作溫度 0 °C-45 °C，存儲溫度?20 °C-70 °C，典型功耗≤15 W（電壓模式），是PXIe機框中實現(xiàn)多物理量同步采樣、功耗計算與頻譜分析的核心組件。

采集卡核心參下：
1、輸入通道：4-8 路（可配置為：電壓、IEPE、電流、橋式應變、RTD 等）
2、信號量程：電壓 ±2 mV ~ ±100 V；電流 ±30 mA；電阻 10 Ω ~ 30 kΩ
3、最大采樣率：5 MS/s （每通道）
4、分辨率：0 ~ 2 MS/s 時 24 bit；> 2 ~ 5 MS/s 時 18 bit
5、模擬帶寬：2 MHz
6、隔離等級：通道-通道 / 通道-機箱 ±350 V DC
7、板載緩沖：512 MB
8、高速接口：PXIe 3U 單槽，集成 1 × CAN 2.0 同步端口
9、輸出選件：AOUT-8 版本提供隔離 ±5 V / ±10 V / ±30 mA 模擬輸出
10、工作溫度范圍：0 ℃ ~ +45 ℃；存儲 ?20 ℃ ~ +70 ℃

圖 4 度緯PXIe采集卡產(chǎn)品圖
4.2 任意波形發(fā)生器
?激勵源選用 SDG7052A 任意波形發(fā)生器，雙通道差分/單端輸出，模擬帶寬 500 MHz， 14-bit DAC。儀器可在 0.01 Sa/s–2.5 GSa/s 采樣率范圍內(nèi)生成逐點任意波，單通道波形深度至 512 Mpts，支持段式編輯與無縫播放。最小1ns脈寬、500 ps 上/下降沿脈沖輸出，內(nèi)置 AM / FM / PM / FSK / ASK 等多種模擬與數(shù)字調(diào)制、掃頻和脈沖串功能，并可產(chǎn)生 PRBS、Gaussian Noise 及 16-bit 高速數(shù)字總線信號。單通道最大 24 Vpp 幅值疊加 ±12 V 直流偏置，滿足寬幅激勵需求；通道間可耦合、跟蹤或互為調(diào)制源，便于構(gòu)造復雜雙通道波形。前面板 5″ 觸控屏配合 USB/LAN/外觸發(fā)接口，實現(xiàn)本地與遠程（SCPI）雙模式控制，是材料電壓-電流特性測試中靈活可編程的高性能激勵核心。任意波形發(fā)生器核心參數(shù)如下：
1.    輸出通道：雙通道差分 / 單端輸出，14-bit 垂直分辨率
2.    模擬輸出帶寬：500 MHz（SDG7052A 型號規(guī)格）
3.    數(shù)-模采樣率：5 GS/s；任意波采樣率 0.01 Sa/s – 2.5 GS/s，波形深度至 512 Mpt/通道
4.    最大輸出幅度：24 Vpp，可疊加 ±12 V DC 偏置，滿足寬幅激勵需求
5.    最小脈沖性能：1 ns 脈寬、500 ps 上/下降沿，適合高速瞬態(tài)測試
6.    內(nèi)置調(diào)制與掃頻：支持 AM / FM / PM / FSK / ASK 等模擬、數(shù)字調(diào)制及掃頻、脈沖串功能
7.    數(shù)字/總線輸出（選件）：16-bit LVTTL / LVDS，速率最高 1 Gbps?
8.    接口配置：USB Host ×3、USB Device、LAN(VXI-11/Telnet/Socket)、外觸發(fā) / 參考時鐘 In/Out 等
9.    人機交互：5 英寸 800 × 480 觸摸屏，支持 WebServer 遠程控制與 SCPI 自動化
10.    環(huán)境與尺寸：工作 0 °C – 50 °C；整機 338 mm × 113 mm × 369 mm 
圖 5 任意波形發(fā)生器產(chǎn)品圖
如果您對本方案感興趣，歡迎致電度緯科技交流，聯(lián)系電話010-64327909。