基于NI系统源测量单元的仪器使用范围和应用实例分析

1. 基于NI SourceAdapt技术的NI系统源测量单元

源测量单元（SMU）是一种精密的仪器，可同时对同一通道的电流和电压进行同步源测量。 该功能使得SMU成为从精准直流电源到分析分立元件或集成电路等半导体组件的特性等各种应用的理想之选。

某些SMU针对特定的应用或者需求作了优化，例如泄露测试、大功率IV扫描、为具有快速瞬态响应的移动设备供电。 这些仪器完美地提供了某一特定的功能，但是您可能需要多个这样的SMU来完全分析需要各种不同激励或功能的设备的特性。 或者，您也可以选择系统SMU，它将高功率、高精度、高速源测量功能集成到单个仪器上， 使您能够执行各种不同的功能以及通过同一针脚进行各种不同的设备测试。 这不仅简化了连接，而且减少了使用仪器的种类和数量，降低了测试系统的占地空间和总体成本。

NI SMU将传统的台式SMU的高功率和精确度以及NI技术集于一身，具有更快速、更灵活、更小巧的特性。 这种结合使得这些仪器不仅能够实现传统SMU之外的功能，而且变成一款多功能的仪器，可用作为：

精密电源

快速瞬变电源

电压表、电流表或欧姆表

隔离高压/电流数字化仪

高电压/电流序列发生器

脉冲发生器

可编程负载

将这些功能集成到单个仪器使得成为测试各种不同设备的理想之选，这些设备可能包含以下需求：

高功率输入输出，同时具有高速采样功能，例如电源管理集成电路（PMIC）

高速瞬态响应，例如射频电源放大器

精准测量及大功率脉冲扫频，例如功率晶体管和高亮度LED

通过同一引脚进行精准IV和低频电容测量，例如微型机电系统设备（MEM）

基于NI SMU的模块化特性和紧凑的尺寸，您可以将几个SMU集成到混合信号自动化测试应用中，或者借助单个4U PXI机箱中的17个SMU通道来搭建高密度半导体测试系统。

2. NI系统SMU的技术细节

NI系统SMU所具有的宽功率范围、高测量精度可以满足大部分直流测试需求。 此外，NI SMU扩展了传统SMU的功能，实现了快速采样、快速更新以及基于NI技术的SMU响应自定义化。 这使得SMU能够用于各种不同的应用，而此前则需要连接各种外部仪器，如示波器、函数发生器或高度专业化的电源。

规格

特性

更宽范围的脉冲

NI SMU可以产生高至500 W的脉冲，这使您可以快速测试大功率设备的IV特性而无需串联多个源测量单元。 在更宽的脉冲范围下进行测试不仅可以使SMU在其常规的IV范围之外运行，而且可以最小化待测设备（DUT）的散热量，减少对热管理设备的需求。

SourceAdapt技术

NI SMU采用了新一代SourceAdapt技术，使您可以自定义SMU的控制循环，从而实现对任意给定负载的最优响应——即使是高电容或者电感负载。 消除过压不仅保护了待测设备，而且也消除了振荡引发的系统稳定性问题。 此外，上升和下降时间的最小化也可帮助您最大程度缩短测试时间。

这个功能对高电容负载特别重要，因为它可以避免损坏待测设备或者仪器。 传统的SMU使用固定的模拟控制循环，通过从“常态”跳转到“高电容”模式来防止源测量单元陷入不稳定状态。 但是，在高电容模式运行时，SMU的上升时间被极大地限制了，而且电容负载通常被限制在50 uF。 由于SourceAdapt技术可让您直接访问SMU的数字控制循环，您可以优化任意负载的源测量单元响应，即使是针对2，500 uF的电容器，如下图所示。

如上图所示，SMU为一个电容2，500 uF和电阻2Ω的待测设备提供了源电压。 电压上升到3.3 V且电流达到极值10 A后大约停留了1 ms。如果不采用SourceAdapt技术，在这种无功负载状态下，传统的SMU可能会变得不稳定，并且有可能会损坏待测设备或仪器。

3. 应用示例——DC-DC转换器测试

测试PMIC，如下图所示的德州仪器公司的降压转换器，需要配置两个SMU。 第一个SMU为待测设备提供了特定电压的输入电源。第二个SMU通过增量扫描电流充当负载。

通过测量DUT输入输出端的电压电流，就可以计算出DC－DC转换器的功率效率，如下图所示。 NI PXIe-4139提供了宽IV范围和硬件定时的序列引擎，使其成为从低功率到高功率快速扫描的理想选择。

此外，NI PXIe-4139的快速采样率使您可以捕获线路和负载的瞬态变化，而使用传统仪器则需要连接一个外部示波器。 这一瞬态行为对于分析DC分量以及传统SMU无法测量的参数的特性至关重要。

4. 应用示例——LED特性分析

上图所示的LED来自于CREE公司，具有一个典型的37 V正向电压，最高电流达2.5 A。即使这些数值超过了NI PXIe-4139的20 W直流上限，您仍然可以通过扩展的脉冲范围来分析该设备的特性。 脉冲使您不仅只需使用一个SMU就可分析LED的特性，还可最小化通过测试设备消散的热量，避免需要创建自定义散热器。

上图通过使用一组50 us脉冲并使电流逐渐增大到最大值来显示大功率LED的IV特性。 使用50 us的窄脉冲宽度不仅可以最小化LED的自热影响，而且还可以减少总体测试时间。 如果没有NI SourceAdapt技术，精准地创建窄脉冲是不可能的，该技术优化了SMU对特定待测设备的响应，并可提供最快的上升时间，且无过压或振荡现象。

5. SMU助力您的下一个测试系统

NI系统SMU在体积小巧的PXI组成结构中提供高达500 W的脉冲电源，同时也提供了高达100 fA的电流敏感度。 这些仪器不仅提供了卓越的直流性能，而且也通过增加内置数字化仪和可自定义的SMU响应克服了传统仪器的种种局限性。 此外，NI系统SMU还提供了前所未有的通道密度，将多达17个系统SMU通道封装在一个19英寸4U的机架空间中。 功率、精度、速度和高通道密度的结合造就了NI系统SMU，您下一个测试系统不可或缺的选择！

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