SMU 최적화를 위한 7가지 팁

개요

소스 측정 유닛(SMU)은 프로그램 가능한 전원 공급장치와 로드, DMM의 기능을 하나의 계측기에 담았다는 장점 때문에 점차 보편적으로 사용되고 있습니다. 그러나 대다수 엔지니어들은 SMU가 테스트 시스템의 성능과 스루픗에 미칠 수 있는 영향의 극히 일부밖에 활용하지 못하는 상태입니다. 비용과 테스트 시간을 절약한다는 궁극적인 목표 하에, 다음 7가지 팁을 참고하여 제품을 더욱 신속하고 경제적으로 특성화하고 검증하십시오.

내용

1. 오실로스코프로 시동 전압 모니터링

SMU가 안정되기 전에 측정을 실시하면 부정확한 테스트 결과가 나오지만, 그렇다고 해서 지나치게 오래 기다린다면 소중한 시간이 낭비되기 마련입니다.  SMU를 DUT에 연결하는 동안 오실로스코프나 디지타이저를 사용하여 SMU의 출력 레벨을 프로브하여 적절한 시기에 SMU 측정을 할 수 있도록 합니다.

 

그림 1. SMU의 전압 출력을 프로브하여 측정 품질 및 시간을 최적화합니다.

 

일반적으로 SMU의 출력을 보기 위해서는 전압 및 전류 프로브가 장착된 외부 오실로스코프가 필요합니다. PXIe-4139 정밀 시스템 SMU에는 1.8 MS/s 디지타이저가 내장되어 있어 외부 오실로스코프와 케이블을 사용할 필요가 없으며, 내부 채널에서 직접 출력 전력을 프로브할 수 있습니다. 또한 테스트 도중 노이즈 파워 레일을 감지할 경우 디지타이저를 사용하여 문제를 해결할 수 있습니다.

 

 


그림 2. PXIe-4139 정밀 시스템 SMU는 디지타이저가 내장되어 있어
특성화 및 검증 과정에서 출력 전원 레벨을 간단하게 모니터링할 수 있습니다.

 

2. 채널당 가격 및 측정 시간 평가

채널 수가 많은 테스트의 요구사항을 충족시키기 위해 보편적으로 사용되는 방법은 SMU와 DUT 사이에 스위치나 멀티플렉서를 추가하는 것입니다. 이 방법은 경제적이기는 하지만, 측정이 직렬화되므로 스위치가 안정될 때까지 기다리는 동안 생산성이 크게 감소합니다.


그림 3. 채널 수가 많은 어플리케이션에 맞춰 SMU 채널을 늘리면
생산성이 향상되고 측정 시간이 대폭 절약됩니다.

 

최근 모듈형 SMU의 채널 밀도가 개선되면서 SMU 시스템의 채널당 가격이 크게 하락했습니다. PXIe-1085 24 GB/s 섀시와 같은 18 슬롯 PXI 섀시에 PXIe-4141 정밀 SMU 등의 4채널 SMU를 채워서 19인치 테스트 계측 랙에 맞는 68채널 시스템을 구성할 수 있습니다. PXI 아키텍처 때문에 모든 SMU가 같은 CPU, 트리거링 라인, 전원 공급장치를 공유하므로 자본 비용뿐만 아니라 생산 현장의 공간도 절약됩니다.

그림 4. 고밀도 PXI SMU를 활용하여
최대 68개의 SMU 채널을 하나의 4U 랙에 채운 시스템을 구성할 수 있습니다.

 

3. 고도의 특성화 테스트를 위해 맞춤형 출력 신호 생성

RF와 PMIC에서는 장비가 예상대로 기능을 하는지 확인하기 위해 고급 테스트 방식을 사용해야 하는 경우가 많습니다. 이렇게 복잡한 테스트의 예로는 선형 레귤레이터의 PSRR (power supply rejection ratio) 테스트를 꼽을 수 있습니다. 이 테스트에서는 레귤레이터가 출력의 AC 리플을 효과적으로 차단할 수 있는지 확인하기 위해 저전압 AC 리플을 DC 바이어스 위에 중첩시켜야 합니다.

 

그림 5. 선형 레귤레이터의 PSRR 특성화에 사용되는 입력 신호는 DC 바이어스 위에
중첩된 저전압 AC 리플로 구성되어 있습니다.

전통적인 SMU의 경우, SMU를 손상시키지 않기 위해 외부 AC 소스와 외부 필터링 회로를 사용해야 합니다. 모듈형 SMU는 소프트웨어로 정의되며 하드웨어 타임 시퀀스를 위한 옵션을 갖추고 있으므로 소프트웨어에서 맞춤형 웨이브폼을 생성하여 DC 바이어스 AC 신호를 출력할 수 있습니다. PXIe-4139 정밀 시스템 SMU는 100 kS/s의 하드웨어 타임 업데이트 속도를 갖추고 있으므로 1 kHz에서 부드러운 AC 신호를 제공합니다.

 

그림 6. PXIe-4139 정밀 시스템 SMU와 같은 모듈형 SMU는 LabVIEW 등의 소프트웨어로 프로그래밍하여
고급 테스트 요구사항을 위한 맞춤형 웨이브폼을 출력할 수 있습니다.

 

4. 하드웨어 타임 시퀀스 채택

소프트웨어 타임 시퀀스는 SMU 측정을 자동화할 때 신속하게 작동시킬 수 있는 좋은 방법입니다. 그러나 시간에 민감한 시퀀스를 수행하는 도중에 소프트웨어 지터가 발생하면 테스트 시스템의 결정성에 좋지 않은 영향을 미치기도 합니다. 이 방식은 호스트 컴퓨터와 계측기 및 각 계측기 사이의 통신 지연시간을 없애주므로 더욱 속도에서 장점을 얻을 수 있습니다. 하드웨어 타임 시퀀스를 사용하면 각 단계마다 출력 모드, 간극 시간, 전류 범위, 과도 응답과 같은 다양한 SMU 파라미터를 변경할 수 있습니다.

그림 7. 소프트웨어 타임 시퀀스(회색)는 결정성이 뛰어난 하드웨어 타임 시퀀스(파란색)와 비교할 때 불규칙적으로 실행됩니다.

 

하드웨어 타임 시퀀싱에 대한 자세한 정보는 NI PXIe-4139 장비 스펙의 측정 및 업데이트 타이밍 특징 섹션을 참조하십시오. 뿐만 아니라 NI SMU는 ‘소스 완료,’ ‘측정 완료,’ ‘시퀀스 완료’ 트리거를 다른 계측기에 전달하여 고급 테스트 시스템 사이의 측정을 동기화할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다.

 

5. 자가 교정을 활용하여 반복적인 측정의 효율성 향상

대다수 계측기의 교정 주기는 1-2년이며, 그 사이의 기간에는 계측기가 서서히 교정점에서 멀어지게 됩니다. 최근의 SMU는 알려진 신호의 측정값을 참조하여 계측기를 디지털 튜닝함으로써 오차를 교정하는 기능을 갖추고 있습니다. 그렇다고 해서 교정 주기가 길어지지는 않지만, 시간과 온도에 따른 SMU의 오차를 어느 정도 방지하는 데 도움이 됩니다.

그림 8. SMU의 자가 교정 기능을 사용하여 시간이나 온도로 인한 오차를 수정함으로써 측정의 안정성 및 반복성을 향상시킵니다.

 

NI가 제공하는 PXIe-4139 정밀 시스템 SMU 및 기타 모듈형 SMU는 NI 하드웨어를 설정하기 위한 무료 어플리케이션인 NI MAX를 사용하여 수동으로 자가 교정이 가능합니다. 더욱 뛰어난 신뢰성 및 반복성을 확보하기 위해 LabVIEW의 단일 함수를 사용하여 테스트 시퀀스 초기화 과정에서 SMU 및 기타 NI 모듈형 계측기를 자가 교정하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 보다 자세한 정보는 NI PXIe-4139 교정 절차 매뉴얼의 6페이지를 참조하십시오.

 

그림 9. LabVIEW의 단일 함수를 사용하여 프로그램적으로 모듈형 SMU를 자가 교정합니다.

 

 

6. Remote Sense로 전압 하락 문제 해결

연속 전압 셋팅을 단계별로 수행할 때에는 SMU와 DUT 사이의 케이블링을 최소화하기 어려우며, 그 결과 전압 하락과 테스트 데이터 에러가 발생하게 됩니다. 이러한 영향을 방지하기 위해, 이전에는 전압 하락을 수학적으로 계산하거나 외부 DMM을 사용하여 DUT의 전압을 측정해왔습니다. 최신 SMU 기술을 활용하면 Remote Sense 와이어를 사용하여 4 와이어 측정을 매우 정확하고 간편하게 수행할 수 있습니다.

 

그림 10. Remote Sense를 사용하여 SMU 측정 품질을 향상시킵니다.

 

업계를 선도하는 SMU인 PXIe-4139 정밀 시스템은 원격 감지 터미널을 갖추고 있어 정확성을 높이고 테스트를 간단하게 설정할 수 있도록 도와줍니다. 보다 자세한 정보는 NI DC 전원 공급장치 및 SMU 도움말 파일의 Remote Sense 섹션을 참조하십시오.

 

 

7. 각 DUT마다 SMU의 과도 응답 맞춤 설정하기

전통적인 SMU는 전원 공급장치의 과도 응답 또는 상승 시간을 설정하는 고정된 아날로그 회로를 갖추고 있습니다. 이러한 방식에서는 일반적으로 두 가지 셋팅(정상 및 높은 캐패시턴스)을 사용하여 각 DUT의 전원 공급장치 응답을 맞춤 설정하지만, 각 DUT의 특성에 맞게 최적화하기는 어렵습니다. NI PXIe-4139에는 특허 기술인 NI SourceAdapt가 탑재되어 있어 SMU의 과도 속성을 디지털 제어하므로 안정성을 최대화하고 오버슛을 감소시키며 테스트 시간을 크게 단축할 수 있습니다.


그림 11. NI SourceAdapt는 SMU의 응답 속도를 디지털 튜닝하므로
안정성을 최대화하고 과도 시간 및 테스트 시간을 단축시킵니다.

 

NI SourceAdapt 기술에 대해서는 다음 동영상 데모를 참조하십시오. NI SourceAdapt 기술에 대한 자세한 정보는 기술 백서에서 확인하십시오.