多通道電源供應器遠端控制與自動化測試整合方案：應對複雜電子系統的電源管理新思維

前言：現代電子測試面臨的電源管理挑戰

在當今高速發展的電子產業中，無論是電動車（EV）的電池管理系統（BMS）、新一代通訊技術（5G/6G）的射頻前端模組，還是異質整合的高效能運算晶片，其內部的電源架構都正變得前所未有的複雜，測試工程師不再只是面對單一電壓軌的驗證，而是必須同時監控與控制多組電壓、電流，甚至需要模擬複雜的上電時序（Power Sequencing）與負載變化。

隨著測試需求的提升，實驗室中往往需要堆疊多台儀器來滿足高電壓或大電流的需求，然而，當測試桌上擺滿了十幾台設備時，如何有效率地進行同步控制、數據收集以及狀態監控，成為了提升測試產能的關鍵瓶頸，傳統的人工操作不僅效率低落，更難以保證多通道之間的同步性，容易導致測試結果的偏差。

本文將深入探討如何透過專用的遠端控制軟體方案，整合 Rohde & Schwarz (R&S) 的 NGL200 與 NGM200 系列，實現多通道電源供應器的集中化管理，我們將從硬體連接的基礎觀念出發，一路剖析至軟體介面的配置、群組控制策略，以及進階的自動化腳本應用，為追求高效能測試的工程師提供完整的技術指引。

硬體基礎與多通道配置原理

串聯與並聯的應用場景

在進入軟體控制之前，必須先理解硬體配置的靈活性，在許多高功率應用中，單一通道的輸出能力往往不足以驅動待測物（DUT），針對需要更高電壓或電流的應用，或是需要在中間具有抽頭（Taps）的電壓源堆疊結構，將多個直流電源供應器通道進行串聯或並聯組合是必要的解決方案 。

R&S NGL200 與 NGM200 電源供應器系列的設計優勢在於其所有通道均對接地設備導體（Grounding Equipment Conductor）以及儀器的數位接地（Digital Ground）進行了隔離，這種全隔離的設計架構至關重要，因為它允許工程師自由地將通道並聯以增加電流驅動能力，或是串聯以實現更高的電壓輸出或構建雙極性（Dual-voltage）電源系統，這種硬體上的彈性，是實現複雜測試配置的基石。

集中化控制的必要性

當實驗室配置了大量的電源通道時，操作的複雜度呈指數級上升，如果缺乏統一的管理工具，工程師必須逐一操作每一台儀器的面板，這不僅耗時，且極易發生人為設定錯誤；因此，擁有一套能夠從單一使用者介面（User Interface）配置所有儀器與通道，並能一目了然地監控所有通道狀態與測量數值的工具，變得至關重要，本文所介紹的應用程式正是為了解決此一痛點而生，它能夠將分散的硬體資源整合為一個邏輯上的整體進行操作 。

系統建置與通訊介面配置

軟體環境與驅動程式

要實現穩定的遠端控制，基礎的軟體環境配置不可忽視，該控制軟體是基於 Windows 環境開發，要求 PC 端需安裝 .NET Framework 4.0 或更高版本，此外作為儀器控制的核心，虛擬儀器軟體架構（VISA）是必不可少的驅動層，R&S 提供了專屬的 VISA 庫供使用者下載，確保軟體能夠正確識別並與儀器進行底層通訊 。

多元化的遠端連接方式

為了適應不同的實驗室環境，該系統支援透過乙太網路（Ethernet/LAN）、USB 以及 GPIB 等多種介面建立遠端控制連接 。

• USB 連接設定： 若選擇使用 USB 介面，使用者必須注意儀器本身的設定，在 R&S NGL200/NGM200 上，必須將 USB 類別（USB Class）設置為 "TMC"（Test & Measurement Class），這需要進入儀器的設定選單，選擇設備標籤頁，並在介面（Interfaces）選項中進行調整 。

  
  

• 網路與 GPIB 搜尋： 軟體提供了直觀的搜尋功能，使用者可以透過 "Find" 按鈕來掃描連接在 USB 或 GPIB 匯流排上的儀器，系統會列出所有偵測到的裝置及其資源字串（Resource String），工程師只需透過選單勾選即可完成配對 。

  
  

• TCP/IP 設定： 對於現代化實驗室常用的網路連接，軟體允許直接輸入 IPv4 位址來建立連線，介面提供了標準的資源字串模板（例如 TCPIP0::aaa.bbb.ccc.ddd::inst0::INSTR），使用者只需將佔位符替換為實際的 IP 位址即可 。

圖 1：佈局配置視窗（Layout Configuration Window），可自定義監控畫面的行列數量。

彈性的介面佈局（Layout）

當連接了多台儀器後，如何在螢幕上呈現這些資訊是一門學問，該軟體採用了「磁貼（Tile）」式的設計概念，每一個電源供應器被分配到一個格狀佈局中的特定磁貼 。

使用者可以根據實際的螢幕大小與儀器數量，自定義佈局的行數（Columns）與列數（Rows），這種高度客製化的介面設計，讓工程師可以將相關聯的電源通道（例如負責同一塊電路板不同電壓軌的通道）排列在一起，便於直觀監控。如果測試配置發生改變，使用者隨時可以透過 "Setup -> Layout" 選單重新規劃版面 。

深入操作：從單機控制到群組同步

儀器與通道的識別

在軟體介面中，每一個磁貼代表一台物理儀器（Power Supply Unit），而每台儀器下又包含一至兩個通道（Channel），正確的識別與配對是操作的第一步，透過 "Remote Configuration" 標籤頁，使用者可以確認目前連接儀器的識別字串（IDN String），確保控制指令發送到了正確的設備 。

圖 2：遠端配置標籤頁，顯示已連接的 R&S NGM202 儀器資訊與資源字串

全域設定與個別設定的靈活切換

高效能測試的精髓在於「批次處理」與「精細微調」的平衡。該軟體提供了兩種層次的操作邏輯：

1. 通用設定（Common Settings）： 針對需要同時對所有通道進行操作的場景，例如系統待機或全系統電壓調整，工程師可以透過 "Setup" 選單中的 "Set Voltage on all NGx" 或 "Set Current on all NGx" 功能，一次性將所有連接的電源供應器設定為相同的電壓或電流限制值 。這在進行老化測試（Burn-in Test）或批量元件測試時非常有用。

   
   

2. 個別設定（Individual Settings）： 對於精細的驗證，例如針對某一特定電路區塊調整電壓邊際（Voltage Margining），使用者可以直接在特定通道的顯示區域點擊右鍵，選擇 "Configure" 進入詳細設定頁面，在此模式下，可以針對單一通道進行精確的電壓電流數值輸入，甚至進行微伏（mV）等級的調整 。

   
   

輸出控制與主從模式（Master-Slave）

電源輸出的開啟與關閉（Output On/Off）看似簡單，但在多通道系統中卻隱藏著時序同步的挑戰。

• 循序模式： 在預設情況下，若未啟用主從模式，軟體會依照順序向每一台儀器發送 SCPI 指令來開啟或關閉輸出，這表示通道之間會存在微小的時間延遲，無法達到絕對同步 。

  
  

• 同步模式（Digital I/O Synchronization）： 為了滿足嚴格的上電時序要求，R&S NGL/NGM 系列支援透過背板的 Digital I/O 介面進行硬體級同步，當勾選 "Setup Outputs Master-Slave" 選項後，軟體僅需控制一台主儀器（Master），其他從屬儀器（Slaves）則透過數位 I/O 訊號觸發，實現幾乎同時的輸出切換，要實現此功能，所有儀器必須安裝 K103 選配功能，並且硬體接線必須正確配置 。

  
  

數據監控與視覺化回饋

即時測量更新機制

在測試過程中，即時監控電壓與電流的變化是確保 DUT 安全的關鍵，該軟體具備連續更新（Continuous Update）功能，啟動該功能後（Menu: Measurement -> Start Update），軟體會週期性地查詢所有連接通道的測量值，並更新介面上的顯示數據 。

為了提供更直觀的視覺回饋，軟體介面採用了色彩編碼機制：

• 綠色顯示： 代表該通道處於定電壓模式（Constant Voltage, CV） 。

  
  

• 紅色顯示： 代表該通道已進入定電流模式（Constant Current, CC），這通常意味著負載電流已達到設定的限制值，是過流保護或負載異常的重要警示 。

圖 3：應用程式主視窗，展示多個通道的即時電壓（綠色）與電流（紅色）監測數據

輸出狀態監控

除了數值監控，確認輸出狀態（On/Off）也同樣重要，透過啟用 "Monitor Output State" 功能，軟體會在連續測量循環中一併查詢每個通道的開關狀態，如果某個通道處於關閉狀態，介面上會顯示為 "-------V" 與 "-------A"，讓操作者能瞬間辨識出哪些通道未投入工作 。

進階自動化：腳本與啟動配置

為了進一步提升測試效率，減少重複性的人工操作，該軟體整合了強大的自動化功能，將電源供應器轉變為可編程的自動化測試設備。

SCPI 腳本的應用

SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments）是儀器控制的通用語言，該軟體允許使用者載入包含一連串 SCPI 指令的 ASCII 文字檔（腳本檔），並將其發送至所有或特定的儀器 。

這項功能的強大之處在於其靈活性。工程師可以編寫腳本來執行複雜的測試序列，例如：

1. 先重置所有儀器（*RST）。

2. 設定特定的過壓保護（OVP）數值。

3. 設定電壓斜率（Voltage Ramp）。

4. 依序開啟輸出。

透過 "Send SCPI Script" 功能，這些複雜的步驟可以在幾秒鐘內準確執行，且具有極高的可重複性 。

智慧啟動配置（Startup Configuration）

為了讓測試環境能快速就緒，軟體提供了詳盡的啟動配置選項（Startup Configuration），當軟體啟動時，可以自動執行一系列預定義的動作 ：

• 自動重連： 自動連接上一次使用的儀器資源 。

• 載入設定： 從儀器記憶體中載入特定的設定檔（使用 *RCL n 指令） 。

• 預設電壓電流： 強制將所有通道設定為安全數值（例如 3.000V, 1.000A），防止意外的高壓損壞 DUT 。

• 執行外部程式： 甚至可以連動啟動其他的執行檔，實現跨軟體的協同作業 。

圖 4：啟動動作配置視窗，可設定軟體啟動時自動執行的指令與參數。

設定檔管理

除了儀器本身的設定，軟體本身的操作環境（如佈局、連接資訊）也可以被保存，透過 "Save Settings As..." 與 "Load Settings from File" 功能，工程師可以針對不同的測試專案（Project）建立專屬的環境設定檔，這表示當從「手機主板測試」切換到「車用模組測試」時，只需讀取對應的檔案，所有的儀器連接、介面佈局與預設參數即可瞬間切換到位，大幅縮短換線時間（Changeover Time） 。

結論

隨著電子產品設計的日益精密，測試實驗室對電源設備的要求已不僅僅是提供穩定的電力，更在於如何高效、精確且同步地管理多組電源軌，本文介紹的 R&S NGL200/NGM200 遠端控制軟體方案，透過其靈活的介面佈局、強大的群組控制能力以及深度的自動化腳本支援，成功解決了傳統手動操作面臨的效率與同步性難題。

從基本的電壓電流設定，到進階的 Digital I/O 同步與 SCPI 腳本自動化，這套系統展現了現代化電源供應器在系統整合層面的價值。對於追求極致測試產能與數據可靠性的工程師而言，掌握並善用這些遠端控制工具，將是應對未來更複雜測試挑戰的關鍵競爭力。