利用大功率數(shù)字源表構(gòu)建多源測(cè)量單元（SMU）系統(tǒng)-連載四

在高壓測(cè)試時(shí)，要保證充分絕緣，并使漏電流和系統(tǒng)電容帶來的影響最小化。

適當(dāng)絕緣

使用電纜的耐壓額定值至少是測(cè)試系統(tǒng)電壓的最大值。為了實(shí)現(xiàn)低電流測(cè)量，要在測(cè)試夾具中使用高質(zhì)量絕緣體。絕緣電阻與待測(cè)器件電阻并聯(lián)，將帶來測(cè)量誤差(參見圖1)。利用2657A型源測(cè)量單元（SMU），在測(cè)試電路中可能出現(xiàn)高達(dá)3kV電壓，因此，相對(duì)于測(cè)得的通過待測(cè)器件的電流，通過這些絕緣體產(chǎn)生的電流就較大。為了得到良好的測(cè)量結(jié)果，要確保絕緣電阻比待測(cè)器件電阻高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖 1 絕緣體中產(chǎn)生的電流影響待測(cè)器件電流的測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量誤差最小化，要確保絕緣體電阻(RL)比待測(cè)器件電阻(RDUT)高得多。

漏電流與系統(tǒng)電容

使用保護(hù)可以把測(cè)試電路中絕緣體的影響降到最低。保護(hù)是強(qiáng)制將電路中的一個(gè)低阻節(jié)點(diǎn)與高阻輸入端節(jié)點(diǎn)近似等電位的一種技術(shù)。在圖1中，即使采用高質(zhì)量絕緣體，但來自絕緣體的電流泄漏仍然存在。當(dāng)測(cè)量電流在納安范圍時(shí)，這種泄露就可能帶來問題。請(qǐng)注意保護(hù)是如何改進(jìn)測(cè)量的，參見圖2。漏電流將通過高阻測(cè)量節(jié)點(diǎn)(HI)流出，因此，測(cè)量中不包括漏電流。

圖 2 利用保護(hù)可以使電路中絕緣體電壓降低為接近0V，從而減少漏電流。測(cè)量中出現(xiàn)的任何剩余的泄露都將通過高阻測(cè)量節(jié)點(diǎn)流出。

由于保護(hù)端與高阻端處于同一電位，保護(hù)電壓就是危險(xiǎn)電壓。因此，要使用三軸電纜布防保護(hù)電路，并保護(hù)操作人員免遭觸電危險(xiǎn)。在三軸電纜中，高阻端與中心導(dǎo)體連接，內(nèi)部屏蔽層為保護(hù)，外部屏蔽層接地。圖3給出三軸電纜截面示意圖。

保護(hù)還可以使系統(tǒng)電容的影響降到最低。系統(tǒng)電容影響電壓源的建立和電流測(cè)量。測(cè)試設(shè)置必須允許以等于或低于預(yù)期的器件測(cè)量本底噪聲對(duì)電容充電和建立電流。這些設(shè)置的高阻特性必將導(dǎo)致較長(zhǎng)的建立時(shí)間。圖3說明保護(hù)如何降低電纜電容的影響。常見的三軸電纜電容大約是40pF/英尺。對(duì)于一根兩、三米長(zhǎng)的電纜來說，其電容大約是幾百皮法，電壓建立時(shí)間是數(shù)十毫秒，具體取決于測(cè)試設(shè)置的最大電流。將保護(hù)置于三軸電纜的內(nèi)部屏蔽層意味著電纜絕緣體中沒有電壓降。因此，這個(gè)絕緣體的電容不需要充電。在穩(wěn)定狀態(tài)情況下，根據(jù)2657A型源測(cè)量單元（SMU）的性能指標(biāo)，高阻端(HI)的保護(hù)電壓在4mV以內(nèi)。吉時(shí)利HV-CA-554型產(chǎn)品是三軸高壓電纜，能夠安全地傳輸信號(hào)，保護(hù)電壓高達(dá)3280V。吉時(shí)利HV-CA-554型電纜可以滿足3kV電壓、低電流測(cè)量系統(tǒng)需求。為了實(shí)現(xiàn)建立時(shí)間和泄漏電流最小化，源測(cè)量單元（SMU）的保護(hù)都直接到達(dá)器件管腳。這樣做，可以避免對(duì)系統(tǒng)其他電容充電的需求。由于保護(hù)電壓可能高達(dá)3kV，務(wù)必確保保護(hù)端處于遠(yuǎn)離其他導(dǎo)體的安全距離內(nèi)。

圖 3 當(dāng)VHI≈VG時(shí)，電容器和電阻器的電壓降是0V。事實(shí)上，保護(hù)避免了因電纜絕緣帶來的漏電流，而且由于不需要對(duì)電纜電容進(jìn)行充電，因此，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間最小化。

在某些系統(tǒng)中，必須轉(zhuǎn)換至同軸連接。對(duì)于高壓測(cè)試來說，SHV是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)同軸連接器。吉時(shí)利公司提供的SHV-CA-553電纜組合允許從高壓三軸向SHV的轉(zhuǎn)換。這些電纜組合使用三軸電纜，因此，在連接至SHV之前，可以盡可能地實(shí)施保護(hù)。使用同軸連接將導(dǎo)致性能降級(jí)，因?yàn)閺谋Ｗo(hù)截止端點(diǎn)起，保護(hù)帶來的益處將喪失殆盡。這意味著必須對(duì)殘存的電纜電容和測(cè)試系統(tǒng)電容進(jìn)行充電。

在設(shè)計(jì)測(cè)試夾具時(shí)，用戶可能采取措施，通過縮短布線長(zhǎng)度以及三軸-同軸轉(zhuǎn)換后器件連接長(zhǎng)度的辦法實(shí)現(xiàn)電容最小化。

在探測(cè)臺(tái)上，轉(zhuǎn)換至同軸連接的影響可能更大，在這里，線纜和連接取決于晶片的大小以及器件方向（縱向或橫向）。如果把電纜電容考慮在內(nèi)，探測(cè)臺(tái)中的電容可能輕易達(dá)到納法量級(jí)，從而導(dǎo)致較長(zhǎng)的電容充電時(shí)間和測(cè)量建立時(shí)間。