7​大​技巧​优​化​您​的​源​测量​单元

概览

源​测量​单元​(SMU) 由于​其​将​可​编​程​电源、​可​编​程​负载​和​DMM​的​功能​集成​到​一台​仪器​而​日益​普及。 然而,​大​多数​工程​师​只是​表面上​理解​了​SMU​对​其​测试​系统​性能​和​吞吐量​的​影响。 为了​实现​减少​成本​和​测试​时间​的​最终​目标,​以下​七个​技巧​可​让​您​更​快速、​更​经济​地​分析​和​验证​产品。

内容

使用​示波器​监测​启动​电压

SMU​未​达到​稳定​状态​就​开始​测量​会​导致​不​确定​的​测试​结果,​但​等待​过​久​又​会​浪费​宝贵​的​时间。 这时,​您​可​使用​示波器​或​数字​化​仪​来​探测​SMU​的​输出​电​平,​同时​将​其​连接​到​待​测​设备​(DUT)​以​确保​等待​SMU​达到​稳定​状态​开始​测量​的​时间​不会​过短​或​过​长。

 

图1. 使用​示波器​或​数字​化​仪​探测​SMU​的​电压​输出​线,​优​化​测量​质量​和​时间。

 

过去​查看​SMU​的​输出​需要​使用​配有​电压​和​电流​探​针​的​外部​示波器。 而PXIe-4139​精确​系统​SMU集成​了​一个​1.8 MS/​s​数字​化​仪,​避免​了​使用​外部​示波器​和​外部​电缆​的​需要 - 输入​功率​可​直接​通过​内部​通道​探测。 此外,​如果​在​测试​过程​中​发现​任何​嘈​杂​的​电源​轨,​可以​使用​数字​化​仪​进行​故障​排除。

 

图2. PXIe-4139​精确​系统​SMU​具有​集成​的​数字​化​仪,​可​简化​特性​分析​和​验证​过程​中​输出功率​电​平​的​监测。

 

评估​单位​通道​价格​和​测量​时间

解决​高​通道​数​测试​要求​的​一个​常见​方法​是在​SMU​和​待​测​设备​之间​添加​一个​开关​或​多​路​复​用​器。 虽然​这种​方法​比较​经济,​但​会​让​测量​序列​化,​大大​降低​工作​效率,​因为​我们​必须​等待​开关​达到​稳定​才能​开始​测量。

图3. 针对​高​通道​数​应用​增加​SMU​通道​可​提高​生产​效率,​并​大大​降低​测量​时间。

 

模​块​化​SMU​通道​密度​的​最新​改进​极大​地​降低​了​SMU​系统​的​单位​通道​价格。 PXIe-1085 24 GB/​s​机​箱​等​18​槽​PXI​机​箱​可以​容纳​多个​4​通道​SMU,​比如​PXIe-4141​精确​SMU,​在​19​英寸​的​测试​仪器​机​架​中​形成​一个​68​通道​系统。 由于​采用​PXI​架构,​所有​SMU​均可​共享​相同​的​CPU、​触发​线​和​电源,​这样​不仅​有助​于​降低​资金​成本,​而且​可​减小​生产​车间​的​占地​空间​成本。

图4. 高密度​PXI SMU​能够​在​单​个​4U​机​架​内​形成​高达​68 SMU​通道​的​系统。

 

创建​自​定义​输出​信号​以​进行​高级​特性​分析

射频​和​电源​管理​芯​片​往往​需要​先进​的​测试​方法​来​确保​设备​按​预期​正常​工作。 一个​典型​的​例子​是​测试​线性​稳​压​器​的​电源​抑制​比​(PSRR)。 这​需要​在​直流​偏​压​的​基础​上​叠​加​一个​低​电压​AC​纹​波,​以​确保​调节​器​能够​有效​地​阻止​输出​端​出现​这个​AC​纹​波。

图5. 输入​信号​用于​分析​线性​稳​压​器​的​PSRR
​(线性​稳​压​器​的​电压​由​一个​直流​偏​压​叠​加​一个​低​电压​AC​纹​波​组成)。

使用​传统​SMU​时,​必须​使用​外部​交流​电源​和​外部​滤波​电路​来​确保​SMU​不会​损坏。 由于​模​块​化​SMU​通过​软件​进行​定义​且​提供​硬件​定​时​序列​选项,​您​可以​在​软件​中​创建​自​定义​波形​以​输出​包含​直流​偏​压​的​交流​信号。 PXIe-4139​精确​系统​SMU​具有​100 kS/​s​硬件​定​时​的​更新​速率,​可在​低于​1 kHz​的​频率​下​提供​平稳​的​交流​信号。

图6. PXIe-4139​精确​系统​SMU​等​模​块​化​SMU​可以​使用​LabVIEW​等​软件​来​编​程,​以​输出​自​定义​波形​来​满足​高级​测试​需求。

 

采用​硬件​定​时​的​序列

软件​定​时​的​序列​是​快速​启动​和​运行​SMU​进行​自动​化​测量​的​一种​有效​方法。 但是,​对于​时间​敏感​序列,​软件​抖动​会​大大​降低​测试​系统​的​确定​性。 速度​快​的​另​一个​好处​是​可以​消除​每次​测量​上位​机​和​仪器​之间​的​通信​延迟。 而​硬件​定​时​的​序列​则​可​允许​您​更改​每​个​步骤​SMU​的​各种​参数,​如​输出​模式、​空隙​时间、​电流​范围​和​瞬​态​响应。

图7. 软件​定​时​序列​(灰色)​无​规律​地​运行,​而​硬件​定​时​序列​(蓝色)​则​可​确定​地​执行。

 

有关​硬件​定​时​的​序列​的​更多​信息,​请​参阅NI PXIe-4139​设备​规范的“测量​和​更新​时序​特性”部分。 NI SMU​的​另​一个​优势​是​能够​向​其他​仪器​发送“信号​源​完成”、“测量​完成”和“序列​完成”触发,​以​同步​多个​高级​测试​系统​的​测量。

 

使用​自​校准​提高​测量​重复性

大​多数​仪器​的​校准​周期​是​一​到​两​年,​而​在​这​段​期间,​仪器​会​慢慢​偏移​校准​点。 现代​SMU​能够​以​已知​信号​的​测量​值​为​参考,​比较​两​个​值​之间​的​差​后​对​仪器​进行​数字​调​谐​来​达到​校准​目的。 虽然​这​不会​延长​校准​周期,​但​确实​有助​于​克服​SMU​的​时间​和​温度​漂移​影响。

图8. 使用​SMU​的​自​校准​功能,​摒除​时间​和​温度​漂移​的​影响,​提高​测量​可靠性​和​可​重复​性。

 

PXIe-4139​精确​系统​SMU和​其他​NI​模​块​化​SMU​可​使用​NI MAX​手​动​自​校准,​NI MAX​是​用于​访问​和​配置​NI​硬件​的​免费​应用​程序。 为了​提高​可靠性​和​可​重复​性,​可在​测试​序列​初始​化​过程​中​使用​LabVIEW​的​一个​函数​以​编​程​方式​自​校准​SMU​以及​任何​NI​模​块​化​仪器。 欲​了解​更多​信息,​请​参阅NI PXIe-4139​校准​程序​手册第​6​页。

 

图9. 使用​LabVIEW​中的​单​个​函数​以​编​程​方式​自​校准​模​块​化​SMU。

 

通过​远程​感​测​减小​电压​降​影响

在​单​步调​试​恒定​电压​设置​值​时​我们​不一定​总是​能够​最小​化​SMU​和​DUT​之间​的​布线,​这​会​导致​电压​降​和​错误​的​测试​数据。 为了​减轻​这种​影响,​传统​的​方法​是​使用​数学​公式​计算​电压​降​或​使用​外部​数字​万​用​表​测量​DUT​的​电压。 借助​现代​SMU​技术,​您​可以​使用​远程​感应​线​来​执行​4​线​测量,​以​最少​的​精力​获得​最高​的​质量。

 

图​10. 使用​远程​感应​提高​SMU​测量​质量。

 

业界​领先​的​模​块​化​SMU​——​PXIe-4139​精确​系统​SMU​具有​远程​感应​端子,​可​提高​准确​性​以及​降低​测试​设置​的​复杂​性。 欲​了解​更多​信息,​请​阅读​NI DC​电源​供应​和​SMU​帮助​文件的远程​感应部分。

 

针对​每​个​待​测​设备​自​定义​SMU​的​瞬​态​响应

传统​SMU​采用​固定​的​模拟​电路​来​配置​电源​的​瞬​态​响应​或​上升​时间。 这种​方法​通常​只​提供​两​种​设置​(正常​和​高​电容)​来自​定义​每​个​DUT​的​电源​响应,​但​并​未​针对​DUT​的​特性​进行​优​化。 NI PXIe-4139采用​了​NI SourceAdapt​专利​技术,​以​数字​方式​控制​SMU​的​瞬​态​属性,​可​最大限度​提高​稳定​性,​减小​过​冲,​并​大大​缩短​测试​时间。

图​11. NI SourceAdapt​可​通过​数字​调​谐​SMU​电源​的​响应​速率​最大​化​稳定​性、​减小​瞬​变​以及​缩短​测试​时间。

 

如需​查看​NI SourceAdapt​技术​演示,​请​点​击​观看短​片​演示。 如需​了解​的​更多​NI SourceAdapt​的​技术,​请​点​击​阅读技术​白皮书