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源测量单元(SMU)多场景的基础应用


  来源: 横河测试测量 时间:2019-12-18 编辑:清风
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所谓源测量单元(Source Measure Unit,简称SMU),顾名思义就是可编程电源和测量仪表的结合体,既可以有电源输出,又可以进行测量。随着应用领域对供给电源和测量同步性要求的不断提高,SMU在生物化学、超导材料、光电器件测试、半导体研究等领域起到了越来越大的作用。尤其是高性能的源表,可以更全面地检测器件特性,提升整个测试系统的效率,从而提高设计和生产效率。


横河测试测量公号之前的推文介绍了源测量单元SMU一些重要的性能指标。横河SMU除了具有精度高、稳定性强和响应速度快等优点外,还具有分辨率高、噪声低、可四象限运行、同时具备测量通道与源发生通道以及拥有强大的可编程能力和可扩展等特性。


灵活运用这些特性,可使横河的SMU在生物化学、材料器件和信息通信等领域满足各式各样的测试需求,帮助研究人员优化试验方案,提高测试系统的效率以及设计和生产效率。本期将着重介绍SMU的各种基础应用方案。


用作基准电流电压源及任意波形发生器


SMU的GS系列产品基本精度最高可达0.016%,温度系数最高可达±0.0008%,除了可用作直流基准电流电压源外,GS610、 GS820还具有脉冲发生模式,可以用作脉冲电流电压源。进行扫描输出时,也可以利用GS系列产品的编程功能,自定义输出的波形。


使用GS200时,可以通过在编程菜单中设定好每一步的步长时间Ts及间隔时间Tin,从而输出任意波形。


其中Tin范围:0.1s~3600s,Tr范围:0.0s~3600s


使用GS610或GS820时,除扫描信号源电平外,还可以扫描时间和控制参数,实现任意波形的输出。


不同发生模式下各扫描模式输出示意图;各个模式下输出电平的最小变化间隔为100us,最小输出电平变化值为1uV


二次电池的充放电特性测试


GS610的通道由恒压源、恒流源、电压计、电流计构成,每项功能都能单独运行,也可以通过组合实现多种模式运行;其最大输出电压可达110V,最大输出电流可达3.2A。这些特点使得GS610可以模拟锂电池、镍氢电池等二次电池的充放电动作,过程如下:


快速充电时,使用2C~5C(电池容量的2~5倍)的大电流进行恒定电流充电;当电池电压达到规定值以上时切换到恒电压输出进行充电。恒电压充电时电流逐渐减小,到规定值以下时停止充电。充电过程中电流电压的变化曲线如下图所示:



使用GS610可以在恒电流/恒电压充电时同步测量充电电压/电流,并且连续自动切换充电模式与测量模式。此外,GS610也可以作为负载,使用电流吸入功能实现恒定电流脉冲放电,由此进行便携式仪器的间歇工作模拟试验。


电源IC的功率转换效率测量


GS820有两个相互绝缘的模拟通道,每个通道与GS610同样,由恒压源VS、恒流源IS、电压测量VM和电流测量IM组成。GS820这两个通道独立运行,且可以自由组合运行模式。利用这些特性可以方便地实现电源IC的效率测试。


将GS820的通道1选择电压输出/电流测量模式加在IC元件的供电端作为直流电源,通道2选择电流吸入/电压测量模式,加在IC元件的负载端作为电子负载。通过扫描负载电流改变耗电量和供电量,并计算输入输出功率的比值得到效率。试验原理如下图所示:



试验无需安装专用软件,可编程文件为CSV格式。使用通用办公软件即可编辑扫描电压、电流,并自动记录测量数据。采用这种方式同样可以测量DC-DC转换器的输出效率。


FET的静态特性测试


静态特性是半导体的重要参数,场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写FET)的直流特性中,有VGS-ID和VDS-ID特性,是代表FET的输入和输出关系的基本特性。FET的静态测试需要半导体参数分析仪等专用设备以及电压源、电流计等多种测量设备。而通过使用GS820的可编程扫描功能,即可轻松实现三端半导体器件的静态特性的测量与分析。 


使用GS820的通道1输出栅源电压Vgs,通道2输出漏源电压Vds同时测量漏电流,并自动生成记录文件。试验示意图如下所示:



使用表格软件编辑扫描文件,通过USB连接直接放入GS820的存储器,GS820即可读取设置的参数并扫描输出,并自动返回测量结果。


关键词:源测量单元 可编程电源 测量仪表    浏览量:405

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