基于NI系統(tǒng)源測量單元的儀器使用范圍和應(yīng)用實(shí)例分析

1. 基于NI SourceAdapt技術(shù)的NI系統(tǒng)源測量單元

源測量單元（SMU）是一種精密的儀器，可同時對同一通道的電流和電壓進(jìn)行同步源測量。 該功能使得SMU成為從精準(zhǔn)直流電源到分析分立元件或集成電路等半導(dǎo)體組件的特性等各種應(yīng)用的理想之選。

某些SMU針對特定的應(yīng)用或者需求作了優(yōu)化，例如泄露測試、大功率IV掃描、為具有快速瞬態(tài)響應(yīng)的移動設(shè)備供電。 這些儀器完美地提供了某一特定的功能，但是您可能需要多個這樣的SMU來完全分析需要各種不同激勵或功能的設(shè)備的特性。 或者，您也可以選擇系統(tǒng)SMU，它將高功率、高精度、高速源測量功能集成到單個儀器上， 使您能夠執(zhí)行各種不同的功能以及通過同一針腳進(jìn)行各種不同的設(shè)備測試。 這不僅簡化了連接，而且減少了使用儀器的種類和數(shù)量，降低了測試系統(tǒng)的占地空間和總體成本。

NI SMU將傳統(tǒng)的臺式SMU的高功率和精確度以及NI技術(shù)集于一身，具有更快速、更靈活、更小巧的特性。 這種結(jié)合使得這些儀器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)SMU之外的功能，而且變成一款多功能的儀器，可用作為：

精密電源

快速瞬變電源

電壓表、電流表或歐姆表

隔離高壓/電流數(shù)字化儀

高電壓/電流序列發(fā)生器

脈沖發(fā)生器

可編程負(fù)載

將這些功能集成到單個儀器使得成為測試各種不同設(shè)備的理想之選，這些設(shè)備可能包含以下需求：

高功率輸入輸出，同時具有高速采樣功能，例如電源管理集成電路（PMIC）

高速瞬態(tài)響應(yīng)，例如射頻電源放大器

精準(zhǔn)測量及大功率脈沖掃頻，例如功率晶體管和高亮度LED

通過同一引腳進(jìn)行精準(zhǔn)IV和低頻電容測量，例如微型機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備（MEM）

基于NI SMU的模塊化特性和緊湊的尺寸，您可以將幾個SMU集成到混合信號自動化測試應(yīng)用中，或者借助單個4U PXI機(jī)箱中的17個SMU通道來搭建高密度半導(dǎo)體測試系統(tǒng)。

2. NI系統(tǒng)SMU的技術(shù)細(xì)節(jié)

NI系統(tǒng)SMU所具有的寬功率范圍、高測量精度可以滿足大部分直流測試需求。 此外，NI SMU擴(kuò)展了傳統(tǒng)SMU的功能，實(shí)現(xiàn)了快速采樣、快速更新以及基于NI技術(shù)的SMU響應(yīng)自定義化。 這使得SMU能夠用于各種不同的應(yīng)用，而此前則需要連接各種外部儀器，如示波器、函數(shù)發(fā)生器或高度專業(yè)化的電源。

規(guī)格

特性

更寬范圍的脈沖

NI SMU可以產(chǎn)生高至500 W的脈沖，這使您可以快速測試大功率設(shè)備的IV特性而無需串聯(lián)多個源測量單元。 在更寬的脈沖范圍下進(jìn)行測試不僅可以使SMU在其常規(guī)的IV范圍之外運(yùn)行，而且可以最小化待測設(shè)備（DUT）的散熱量，減少對熱管理設(shè)備的需求。

SourceAdapt技術(shù)

NI SMU采用了新一代SourceAdapt技術(shù)，使您可以自定義SMU的控制循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)對任意給定負(fù)載的最優(yōu)響應(yīng)——即使是高電容或者電感負(fù)載。 消除過壓不僅保護(hù)了待測設(shè)備，而且也消除了振蕩引發(fā)的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。 此外，上升和下降時間的最小化也可幫助您最大程度縮短測試時間。

這個功能對高電容負(fù)載特別重要，因?yàn)樗梢员苊鈸p壞待測設(shè)備或者儀器。 傳統(tǒng)的SMU使用固定的模擬控制循環(huán)，通過從“常態(tài)”跳轉(zhuǎn)到“高電容”模式來防止源測量單元陷入不穩(wěn)定狀態(tài)。 但是，在高電容模式運(yùn)行時，SMU的上升時間被極大地限制了，而且電容負(fù)載通常被限制在50 uF。 由于SourceAdapt技術(shù)可讓您直接訪問SMU的數(shù)字控制循環(huán)，您可以優(yōu)化任意負(fù)載的源測量單元響應(yīng)，即使是針對2，500 uF的電容器，如下圖所示。

如上圖所示，SMU為一個電容2，500 uF和電阻2Ω的待測設(shè)備提供了源電壓。 電壓上升到3.3 V且電流達(dá)到極值10 A后大約停留了1 ms。如果不采用SourceAdapt技術(shù)，在這種無功負(fù)載狀態(tài)下，傳統(tǒng)的SMU可能會變得不穩(wěn)定，并且有可能會損壞待測設(shè)備或儀器。

3. 應(yīng)用示例——DC-DC轉(zhuǎn)換器測試

測試PMIC，如下圖所示的德州儀器公司的降壓轉(zhuǎn)換器，需要配置兩個SMU。 第一個SMU為待測設(shè)備提供了特定電壓的輸入電源。第二個SMU通過增量掃描電流充當(dāng)負(fù)載。

通過測量DUT輸入輸出端的電壓電流，就可以計(jì)算出DC－DC轉(zhuǎn)換器的功率效率，如下圖所示。 NI PXIe-4139提供了寬IV范圍和硬件定時的序列引擎，使其成為從低功率到高功率快速掃描的理想選擇。

此外，NI PXIe-4139的快速采樣率使您可以捕獲線路和負(fù)載的瞬態(tài)變化，而使用傳統(tǒng)儀器則需要連接一個外部示波器。 這一瞬態(tài)行為對于分析DC分量以及傳統(tǒng)SMU無法測量的參數(shù)的特性至關(guān)重要。

4. 應(yīng)用示例——LED特性分析

上圖所示的LED來自于CREE公司，具有一個典型的37 V正向電壓，最高電流達(dá)2.5 A。即使這些數(shù)值超過了NI PXIe-4139的20 W直流上限，您仍然可以通過擴(kuò)展的脈沖范圍來分析該設(shè)備的特性。 脈沖使您不僅只需使用一個SMU就可分析LED的特性，還可最小化通過測試設(shè)備消散的熱量，避免需要創(chuàng)建自定義散熱器。

上圖通過使用一組50 us脈沖并使電流逐漸增大到最大值來顯示大功率LED的IV特性。 使用50 us的窄脈沖寬度不僅可以最小化LED的自熱影響，而且還可以減少總體測試時間。 如果沒有NI SourceAdapt技術(shù)，精準(zhǔn)地創(chuàng)建窄脈沖是不可能的，該技術(shù)優(yōu)化了SMU對特定待測設(shè)備的響應(yīng)，并可提供最快的上升時間，且無過壓或振蕩現(xiàn)象。

5. SMU助力您的下一個測試系統(tǒng)

NI系統(tǒng)SMU在體積小巧的PXI組成結(jié)構(gòu)中提供高達(dá)500 W的脈沖電源，同時也提供了高達(dá)100 fA的電流敏感度。 這些儀器不僅提供了卓越的直流性能，而且也通過增加內(nèi)置數(shù)字化儀和可自定義的SMU響應(yīng)克服了傳統(tǒng)儀器的種種局限性。 此外，NI系統(tǒng)SMU還提供了前所未有的通道密度，將多達(dá)17個系統(tǒng)SMU通道封裝在一個19英寸4U的機(jī)架空間中。 功率、精度、速度和高通道密度的結(jié)合造就了NI系統(tǒng)SMU，您下一個測試系統(tǒng)不可或缺的選擇！

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