7大技巧優(yōu)化您的源測(cè)量單元

SMU未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)就開始測(cè)量會(huì)導(dǎo)致不確定的測(cè)試結(jié)果，但等待過久又會(huì)浪費(fèi)寶貴的時(shí)間。 這時(shí)，您可使用示波器或數(shù)字化儀來探測(cè)SMU的輸出電平，同時(shí)將其連接到待測(cè)設(shè)備（DUT）以確保等待SMU達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)開始測(cè)量的時(shí)間不會(huì)過短或過長(zhǎng)。

圖1. 使用示波器或數(shù)字化儀探測(cè)SMU的電壓輸出線，優(yōu)化測(cè)量質(zhì)量和時(shí)間。

過去查看SMU的輸出需要使用配有電壓和電流探針的外部示波器。 而PXIe-4139精確系統(tǒng)SMU集成了一個(gè)1.8 MS/s數(shù)字化儀，避免了使用外部示波器和外部電纜的需要 - 輸入功率可直接通過內(nèi)部通道探測(cè)。 此外，如果在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)任何嘈雜的電源軌，可以使用數(shù)字化儀進(jìn)行故障排除。

圖2. PXIe-4139精確系統(tǒng)SMU具有集成的數(shù)字化儀，可簡(jiǎn)化特性分析和驗(yàn)證過程中輸出功率電平的監(jiān)測(cè)。

解決高通道數(shù)測(cè)試要求的一個(gè)常見方法是在SMU和待測(cè)設(shè)備之間添加一個(gè)開關(guān)或多路復(fù)用器。 雖然這種方法比較經(jīng)濟(jì)，但會(huì)讓測(cè)量序列化，大大降低工作效率，因?yàn)槲覀儽仨毜却_關(guān)達(dá)到穩(wěn)定才能開始測(cè)量。

圖3. 針對(duì)高通道數(shù)應(yīng)用增加SMU通道可提高生產(chǎn)效率，并大大降低測(cè)量時(shí)間。

模塊化SMU通道密度的最新改進(jìn)極大地降低了SMU系統(tǒng)的單位通道價(jià)格。 PXIe-1085 24 GB/s機(jī)箱等18槽PXI機(jī)箱可以容納多個(gè)4通道SMU，比如PXIe-4141精確SMU，在19英寸的測(cè)試儀器機(jī)架中形成一個(gè)68通道系統(tǒng)。 由于采用PXI架構(gòu)，所有SMU均可共享相同的CPU、觸發(fā)線和電源，這樣不僅有助于降低資金成本，而且可減小生產(chǎn)車間的占地空間成本。

圖4. 高密度PXI SMU能夠在單個(gè)4U機(jī)架內(nèi)形成高達(dá)68 SMU通道的系統(tǒng)。

射頻和電源管理芯片往往需要先進(jìn)的測(cè)試方法來確保設(shè)備按預(yù)期正常工作。 一個(gè)典型的例子是測(cè)試線性穩(wěn)壓器的電源抑制比(PSRR)。 這需要在直流偏壓的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)低電壓AC紋波，以確保調(diào)節(jié)器能夠有效地阻止輸出端出現(xiàn)這個(gè)AC紋波。

圖5. 輸入信號(hào)用于分析線性穩(wěn)壓器的PSRR（線性穩(wěn)壓器的電壓由一個(gè)直流偏壓疊加一個(gè)低電壓AC紋波組成）。

使用傳統(tǒng)SMU時(shí)，必須使用外部交流電源和外部濾波電路來確保SMU不會(huì)損壞。 由于模塊化SMU通過軟件進(jìn)行定義且提供硬件定時(shí)序列選項(xiàng)，您可以在軟件中創(chuàng)建自定義波形以輸出包含直流偏壓的交流信號(hào)。 PXIe-4139精確系統(tǒng)SMU具有100 kS/s硬件定時(shí)的更新速率，可在低于1 kHz的頻率下提供平穩(wěn)的交流信號(hào)。

圖6. PXIe-4139精確系統(tǒng)SMU等模塊化SMU可以使用LabVIEW等軟件來編程，以輸出自定義波形來滿足高級(jí)測(cè)試需求。

軟件定時(shí)的序列是快速啟動(dòng)和運(yùn)行SMU進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量的一種有效方法。 但是，對(duì)于時(shí)間敏感序列，軟件抖動(dòng)會(huì)大大降低測(cè)試系統(tǒng)的確定性。 速度快的另一個(gè)好處是可以消除每次測(cè)量上位機(jī)和儀器之間的通信延遲。 而硬件定時(shí)的序列則可允許您更改每個(gè)步驟SMU的各種參數(shù)，如輸出模式、空隙時(shí)間、電流范圍和瞬態(tài)響應(yīng)。

圖7. 軟件定時(shí)序列（灰色）無規(guī)律地運(yùn)行，而硬件定時(shí)序列（藍(lán)色）則可確定地執(zhí)行。

有關(guān)硬件定時(shí)的序列的更多信息，請(qǐng)參閱NI PXIe-4139設(shè)備規(guī)范的“測(cè)量和更新時(shí)序特性”部分。 NI SMU的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠向其他儀器發(fā)送“信號(hào)源完成”、“測(cè)量完成”和“序列完成”觸發(fā)，以同步多個(gè)高級(jí)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量。

大多數(shù)儀器的校準(zhǔn)周期是一到兩年，而在這段期間，儀器會(huì)慢慢偏移校準(zhǔn)點(diǎn)。 現(xiàn)代SMU能夠以已知信號(hào)的測(cè)量值為參考，比較兩個(gè)值之間的差后對(duì)儀器進(jìn)行數(shù)字調(diào)諧來達(dá)到校準(zhǔn)目的。 雖然這不會(huì)延長(zhǎng)校準(zhǔn)周期，但確實(shí)有助于克服SMU的時(shí)間和溫度漂移影響。

圖8. 使用SMU的自校準(zhǔn)功能，摒除時(shí)間和溫度漂移的影響，提高測(cè)量可靠性和可重復(fù)性。

PXIe-4139精確系統(tǒng)SMU和其他NI模塊化SMU可使用NI MAX手動(dòng)自校準(zhǔn)，NI MAX是用于訪問和配置NI硬件的免費(fèi)應(yīng)用程序。 為了提高可靠性和可重復(fù)性，可在測(cè)試序列初始化過程中使用LabVIEW的一個(gè)函數(shù)以編程方式自校準(zhǔn)SMU以及任何NI模塊化儀器。 欲了解更多信息，請(qǐng)參閱NI PXIe-4139校準(zhǔn)程序手冊(cè)第6頁(yè)。

圖9. 使用LabVIEW中的單個(gè)函數(shù)以編程方式自校準(zhǔn)模塊化SMU。

在單步調(diào)試恒定電壓設(shè)置值時(shí)我們不一定總是能夠最小化SMU和DUT之間的布線，這會(huì)導(dǎo)致電壓降和錯(cuò)誤的測(cè)試數(shù)據(jù)。 為了減輕這種影響，傳統(tǒng)的方法是使用數(shù)學(xué)公式計(jì)算電壓降或使用外部數(shù)字萬用表測(cè)量DUT的電壓。 借助現(xiàn)代SMU技術(shù)，您可以使用遠(yuǎn)程感應(yīng)線來執(zhí)行4線測(cè)量，以最少的精力獲得最高的質(zhì)量。

圖10. 使用遠(yuǎn)程感應(yīng)提高SMU測(cè)量質(zhì)量。

業(yè)界領(lǐng)先的模塊化SMU——PXIe-4139精確系統(tǒng)SMU具有遠(yuǎn)程感應(yīng)端子，可提高準(zhǔn)確性以及降低測(cè)試設(shè)置的復(fù)雜性。 欲了解更多信息，請(qǐng)閱讀NI DC電源供應(yīng)和SMU幫助文件的遠(yuǎn)程感應(yīng)部分。

傳統(tǒng)SMU采用固定的模擬電路來配置電源的瞬態(tài)響應(yīng)或上升時(shí)間。 這種方法通常只提供兩種設(shè)置（正常和高電容）來自定義每個(gè)DUT的電源響應(yīng)，但并未針對(duì)DUT的特性進(jìn)行優(yōu)化。 NI PXIe-4139采用了NI SourceAdapt專利技術(shù)，以數(shù)字方式控制SMU的瞬態(tài)屬性，可最大限度提高穩(wěn)定性，減小過沖，并大大縮短測(cè)試時(shí)間。

圖11. NI SourceAdapt可通過數(shù)字調(diào)諧SMU電源的響應(yīng)速率最大化穩(wěn)定性、減小瞬變以及縮短測(cè)試時(shí)間。