1. IV规模
针对设备选用具有恰当电压电流规模的源丈量单元(SMU)关于运用的成功至关重要。IV规模一般由图1中象限图来表明，它指的是SMU能够拉或灌的电压和电流值。拉和灌这两个词描绘的是设备的功率流入和流出。拉电流的设备可为负载供给电流，而灌电流的设备就像一个负载，被迫吸收流入的电流，且可为电流供给回来途径。
图 1.四个象限区域表明设备拉灌的电流或电压值
在上面的象限图中，I和III象限代表设备处于拉电流状况，而象限II和IV代表设备处于灌电流状况。在象限I和III内均能够拉电流的设备有时也称其具有两极性，由于这些设备能够既能产生正电压和电流，也能产生负电压和电流。“四象限SMU”这个词一般用语描绘可拉灌电流的双极SMU。
例如，NI PXI-4132四象限SMU的最大电压输出是100 V，最大电流输出是100 mA；可是，它不能一同输出100 V的电压和100 mA的电流。在这种状况下，象限图就供给了所需的信息，协助您轻松地确认SMU能够供给或灌入的最大电压和电流组合。仅仅是简略地列出具有多个量程的SMU的最大电压和电流并无法为您供给满意的信息来确认该仪器是否契合设备的IV要求。
图 2.NI PXI-4132 IV 规模
表1 概括了每种NI电源和SMU设备每个通道的输入输出才干。
| Device | Channel(s) | Quadrant | |||
| I | II | III | IV | ||
| NI PXI-4110 | 0 | 6 W | — | — | — |
| 1 | 20 W | — | — | — | |
| 2 | — | — | 20 W | — | |
| NI PXIe-4112 | 0 and 1 | 60 W | — | — | — |
| NI PXIe-4113 | 0 and 1 | 60 W | — | — | — |
| NI PXI-4130 | 0 | 6 W | — | — | — |
| 1 | 40 W | 10 W1 | 40 W | 10 W1 | |
| NI PXI-4132 | 0 | 2 W | 2 W | 2 W | 2 W |
| NI PXI-4138/4139 | 0 | 20 W | 12 W1 | 20 W | 12 W1 |
| NI PXIe-4140/4141 | 0 through 3 | 1 W | 1 W | 1 W | 1 W |
| NI PXIe-4142/4143 | 0 through 3 | 3.6 W | 3.6 W1 | 3.6 W | 3.6 W1 |
| NI PXIe-4144/4145 | 0 through 3 | 3 W | 3 W1 | 3 W | 3 W1 |
| NI PXIe-4154 | 0 | 18 W1 | — | — | 18 W |
| 1 | 12 W1 | — | — | 0.8 W1 | |
| 1检查设备的规范参数，了解具体IV规模。 | |||||
表1. NI仪器产品每个通道的输入输出才干
2. 精确度
电源或SMU的丈量分辨率是指电压或电流丈量中硬件能够检测到的最小改动。电源或SMU输出通道的输出分辨率是指输出电压或电流电平的最小或许改动。这些丈量一般以肯定单位表明，比方nV 或pA。分辨率一般是由丈量所运用的模数转化器(ADC)决议，但高精度SMU一般受限于噪声等其他要素。
灵敏度是指仪器在规则的条件下能够检测到且有含义的给定参数的最小单位。这个单位一般等于电源或SMU最小量程内的丈量分辨率。
一般状况下，应该运用SMU的最小量程才干取得最佳精度。该信息可在仪器的规范手册中找到。以下是一个比方：
表 2.NI PXIe-4139电流编程和丈量精确度/分辨率
3. 源丈量精确度
电源或SMU的丈量或输出电平与实践或要求的值或许会有所不同。精确度表明的是必定丈量或输出电平下的不确认度，也能够指与抱负传递函数的差错，如下所示：
y=mx+b
其间m是指体系的抱负增益
x是指体系的输入
b是指体系的偏置
y 是体系的输出
该公式用于电源或SMU信号丈量时，y是指设备的输出读数值，其间x作为输入，b为偏置差错，可在丈量之前将其归零。假如m为 1，b为0, 则输出丈量值等于输入值。假如m为 1.0001,则丈量成果与抱负值的差错是0.01%。
关于大多数高分辨率、高精确度电源与SMU，精确度是指偏置差错和增益差错的组合。这两种差错相加可用于确认特定丈量的全体精确度。 NI电源与SMU一般以肯定单位（例如mV或μA）来表明偏置差错，而增益差错一般是读数或请求值的百分比。
SMU的典型源丈量精确度等于或低于所设定输出的0.1％。每个NI SMU仪器的规范手册中均有供给这些信息。
表 3.NI PXIe-4139的电压编程和丈量精确度/分辨率
4. 丈量速度
丈量收集窗口或孔径时刻会直接影响丈量速度和精确度。某些SMU可修正仪器的孔径时刻，使您能够灵敏地扩展高精确度丈量的收集窗口，或许减小高速收集的窗口。扩展丈量孔径可让仪器有更多的时刻进行采样和均匀，然后下降丈量噪声和进步分辨率。下图显现了在不同的电流规模下丈量噪声与孔径时刻之间的函数联系。
图 3.丈量噪声与孔径时刻的函数联系图
为了完结高精确度丈量，运用的孔径时刻有必要既能够供给恰当分辨率，一同仍可最大极限地削减全体测验时刻。相反，关于精确度较低的丈量或许对线路或负载瞬态等信号进行数字化时，应该运用较小的孔径时刻。例如，NI PXIe-4139能够以高达1.8 MS / s的速率采样，可协助您具体研讨SMU输出的瞬态特性。取决于电流规模，当噪声为1 nA – 10mA时丈量速度可到达1.8 MS / s。
5. 源更新率
SMU的更新速决议了SMU输出电压或的电流的改动速率。例如，更新率为100 kS / s的SMU能够每隔10 us为下一个点供给电流。更新速率快的SMU能够以比传统SMU快得多的速度履行冗长的IV扫描。此外，更新速率快的SMU还可为正弦波等非传统序列供给电流。
图 4.经过改动源推迟或许电压阶跃开端和丈量开端之间的时刻差来操控SMU的更新率。
6. 瞬态呼应
瞬态呼应是指电源关于电压或电流骤变的呼应，电压或电流骤变一般是由于负载改动等外部事情或许输出电压阶跃等内部事情引起的。
外部负载改动
外部负载电流的改动会引起电压急剧改动，使电压时刻短地低于预期电压输出。瞬态呼应是指负载电流产生改动(ΔI)时电源电压康复到必定电压值(ΔV)所需的时刻。快速瞬态呼应关于移动设备的供电至关重要。待测设备(DUT)耗费的负载电流假如产生较大的瞬时改动，会导致输出电压骤降，随后经过电源的操控电路将输出电压康复到其原始值。关于典型的可编程电源，这往往需求数百微秒的时刻。而NI PXIe-4154的20µs瞬态呼应（设置为“快速”方法时）能够使模仿电路在测验进程中敏捷呼应负载电流的改动。如此短的康复时刻成为许多选用脉冲式通讯协议的无线通讯设备的最佳挑选。
图 5.瞬态呼应的典型界说图
改动SMU输出
当SMU输出改动时，该仪器的瞬态设置界说了输出的上升时刻以及到达预期输出并处于安稳状况所需的时刻。抱负的瞬态呼应具有快速上升时刻，且没有任何过冲或振动。在许多负载下，需求在瞬态呼应和电源安稳性之间进行权衡。假如要取得最快瞬态呼应，设备应具有高增益带宽积(GBW)，但增益带宽积越高，设备在特定负载下变不安稳的或许性越高。因而，大多数设备在许多状况下以献身功用为价值来取得安稳性。其他设备可在很小程度上完结自界说，以在不同状况下优化功用。例如，许多传统SMU具有“高容量”方法，专用于与具有高达50 uF电容的设备一同运用的状况。
某些NI SMU选用了称为NI SourceAdapt的数字操控回路技能，该技能使您能够自界说调整SMU的瞬态呼应，然后取得针对任何给定负载的最佳呼应。这供给了最佳源丈量单元呼应，一同也可完结最短的安稳时刻，然后缩短了等候时刻和测验时刻。此外，该技能不只消除了过压，维护了待测设备(DUT)，并且也消除了振动，保证了体系的安稳性。由于源丈量单元呼应的调整是经过编程软件来完结的，您能够轻松地将针对高速测验的源丈量单元重新装备为针对高安稳性测验的单元—这样能够最大化您的测验设备出资报答，以及取得更好的测验成果。
图 6.TheNI PXIe-4139具有可装备的瞬态呼应设置，以灵敏地对输出操控回路进行负载补偿。
以下表格列出了选用NI SourceAdapt技能的NI SMU类型：
|
产品名称e |
类型 |
选用SourceAdapt |
|
NI PXI-4130 |
大功率 SMU |
无 |
|
NI PXI-4132 |
高精度 SMU |
无 |
|
NI PXIe-4138/9 |
高精度体系 SMU |
仅 NI PXIe-4139 |
|
NI PXIe-4140/1 |
4通道 SMU |
仅 NI PXIe-4141 |
|
NI PXIe-4142/3 |
4通道 SMU |
仅 NI PXIe-4143 |
|
NI PXIe-4144/5 |
4通道 SMU |
仅 NI PXIe-4145 |
表 4.快速检查选用NI SourceAdapt技能的NI产品。
7. 序列或扫频
SMU一般有两种输出方法：单点或序列。在单点方法下，SMU仅输出一个值，而在序列方法下，SMU输出一系列值，并丈量每个点的IV数据。
单点源方法
单点方法一般是用于捕获某个值的IV数据，比方测验二极管的正向电压，或许运用SMU为待测设备供电（如以安稳电压为集成电路供电）。单点方法的用例包括开发软件守时的序列，在软件中循环运转一系列单点SMU输出。当SMU在没有事前方案的状况下不支撑更改特定功用时，软件守时的序列能够用于替代硬件守时的序列。
序列方法
SMU在序列方法下运转时可输出一系列硬件守时的值，供给了更快速且更确认的输出（以及与其他PXI仪器同步）等优势。这一进程包括SMU供给直流电压或电流，然后丈量电压和电流，接着再循环至序列中下一个点。取决于SMU功用，您能够更改序列中每一步的输出电平、电流或电压规模、孔径时刻以及瞬态呼应。关于存储很多序列，SMU供给了两种办法：专用的板载内存和支撑从主机到SMU低推迟数据流传输。例如，NI PXIe-4138和NI PXIe-4139PC经过一个高带宽低推迟PCI Express衔接将数据从主机传输到SMU，并可让您透明地输出具有数百万个设定值和特点的序列。
序列方法一般用于IV特性记叙或老化测验，并且关于那些需求与其他仪器严密同步的运用（如测验射频%&&&&&%）一般是必不可少的。
8. 脉冲生成
大多数运用SMU的半导体测验运用均触及某种方法的源丈量操作。在序列方法下，该进程一般包括SMU供给直流电压或电流，然后丈量电压和电流，接着再循环至序列中下一个点。根本的直流扫描会以递加方法逐步添加输出，直至完结序列的每个点，如下图所示，该图显现了一个五步电流值序列。
图 7.根本直流扫描时的五步序列示例
某些运用中，特别是高功率运用中，假如没有封闭SMU输出就企图扫描序列，或许会导致不正确的行为或杂乱的测验设置。关于这些运用，SMU的脉冲输出是首选，由于该输出可让您在不同的设定点进行源丈量，一同最大极限地削减经过DUT的散热丢失。脉冲扫频与直流扫描的相似之处在于两者均包括输出设定值、等候输出安稳然后进行丈量等进程。脉冲测验的不同之处在于，源在经过很短的脉冲持续时刻后康复到偏置电平。在大多数状况下，设定偏置电平的意图是为了封闭DUT（例如0V或0A）。
图 8.脉冲输出可让源在转到下一个设定值之前康复至偏置电平。
在抱负条件下，前面两个图中的脉冲序列和直流序列应该回来至相同的IV数据。可是，如前面说到的，直流序列经过DUT耗费的热量更多，这会导致不正常的行为和较不抱负的测验成果。这也是这些类型的运用优先挑选脉冲测验的原因。在脉冲方法下进行测验时，脉冲宽度应该满意长，使得设备能够到达全导通状况以进行安稳的丈量，一同脉冲宽度又有必要满意短，以最小化待测设备的自热效应。在生成脉冲时，快速洁净的SMU呼应显得尤为重要，这是由于SMU总是从脉冲偏置电平开端，而不是以小幅增量逐步增大输出。
特定的SMU可让您生成超出传统直流电源规模的脉冲，以满意需求更高电流的运用。例如，NI PXIe-4139可在50 V电压下生成高达10 A的脉冲，供给高达500 W的瞬时功率。取决于负载和SourceAdapt操控设置，脉冲宽度能够短至50微秒。短脉冲宽度不只缩短了测验履行时刻，并且还可最大程度下降待测设备的散热，便于测验工程师进行测验，不然或许需求添加散热器或其它热操控机制。
图 9.NI PXIe-4139 IV 规模
9. 通道密度
模块化SMU的一个首要长处是紧凑的尺度。传统SMU配有专门的显现器、处理器、电源、电扇、旋钮以及其它冗余组件，使得构建高通道数体系的进程杂乱化。由于模块化SMU与机箱和操控器同享组件，然后削减了冗余组件，占用空间比传统仪器要小得多，终究减小了测验体系的体积和功耗。
运用所需的通道数会跟着时刻而改动。传统箱式SMU的一两个通道现已无法满意许多运用的需求。半导体职业的并行IV测验体系更是如此，该测验需求在紧凑的空间中运用很多的SMU通道。凭借NI模块化SMU，您能够将多台仪器组合在单个PXI机箱中，在19寸4U的机架空间内创立多达68个SMU通道的高通道数处理方案，传统SMU仅可供给四到八个通道。 PXI渠道的紧凑尺度和模块化特性还使您能够将SMU与其他依据PXI的仪器（如示波器、开关和射频仪器）相结合，以树立高功用混合信号测验体系。
图 10.运用高密度NI SMU在单个4U机架内构建高达68个SMU通道的体系。
10. 守时和同步
触发是发动设备操作的一种信号。事情是指设备宣布的信号，用于指示某个操作已完结或某个状况已到达。您可运用触发和事情同步单个NI电源或SMU中的多个操作或许同步与其他PXI/ PXI Express设备的操作。许多运用触及多种仪器，如示波器、信号产生器、数字波形剖析仪、数字波形产生器和开关。关于这些运用，PXI和NI模块化仪器的固有守时和同步功用使您无需运用外部电缆即可同步一切这些仪器。
运用该触发功用时，您可从以下触发类型中进行挑选：
- 开端：源单元丈量单元接纳到该触发后，开端履行操作。
- 源：设备接纳到该触发后，源单元开端修正源装备。
- 丈量：丈量单元接纳到该触发开端进行丈量。而丈量单元进行丈量时，该触发被疏忽。
- 序列行进：完结一次序列迭代后，源单元等候接纳到该触发后才开端下一次迭代。
- 脉冲：源单元等候接纳到该触发后，开端从“脉冲偏置”转化至“脉冲电平”。
PXI渠道针对触发进行优化的一个比方是NI PXIe-4138/4139模块。模块经过PXI机箱背板来发送和接纳触发和事情，然后简化了编程和体系布线。这些模块还能够完结硬件守时，一同具有高速序列引擎来同步多个SMU之间的握手。
图 11.用于触发和守时的序列引擎图
NI PXIe-4138与NI PXIe-4139模块还利用了PXI的高带宽和低推迟优势，并且支撑主机和SMU之间的直接DMA数据流传输。这使您能够以仪器的最高更新率(100 KS/s)和采样率(1.8 MS/s)透明地传输很多的波形和丈量数据，然后消除了传统仪器总线的带宽和推迟瓶颈。
11. 软件、剖析功用和自界说化
为运用挑选模块化SMU时确认软件和剖析功用是非常重要的，由于该要素能够协助您在两台仪器之间做出挑选。
独立式SMU一般选用根本的寄存器级指令以及供货商界说的功用，而模块化SMU是用户可界说的，可灵敏地处理运用的需求。箱式SMU供给了许多规范功用，能够满意许多工程师的常见需求。不难想象，这些规范功用并不能处理一切的运用需求，特别是关于自动化测验运用。假如您需求界说示波器要进行的丈量，则应挑选模块化SMU，而不是具有固定功用的独立式SMU，模块化SMU可利用PC架构的优势，一同也让您依据需求对运用进行自界说。
NI SMU可运用免费的NI-DCPower驱动软件来彻底编程。NI-DCPower是一个兼容IVI的仪器驱动程序，随附于NI电源或SMU中，并可与一切的NI可编程电源和SMU通讯。NI-DCPower具有一系列操作和特点，用于发动电源或SMU的功用，且该软件包括了一个交互式软面板。
图 12.结合模块化SMU运用软面板快速进行丈量
除了软面板，您还可运用NI LabVIEW、NI LabWindows™/ CVI、Visual Basic和.NET在NI-DCPower驱动软件中编程模块化SMU，以完结针对各种运用的常见和自界说丈量。该驱动程序还可支撑LabVIEW内依据装备的快速vi。
图 13.运用LabVIEW软件编程模块化SMU
12. 针对高精确度丈量的衔接功用
运用遥感进行的丈量有时也称为四线感应，需求四条线衔接到待测设备（假如开关体系用于扩展通道数的化，还需求四线开关）。当输出引线电压明显下降时，运用遥感能够完结更精确的电压输出和丈量。当遥感用于直流电流输出功用时，电压约束值是在感应引线端进行丈量，而不是在输出接线端。运用遥感丈量DUT接线端的电压比近端感应丈量更精确。抱负状况下，感测导线应尽或许接近DUT接线端。
另一个要考虑的方面的是阻隔(guarding)。阻隔是为了消除高输入(HI)和低输出(LO)之间的漏电流和寄生%&&&&&%的影响。阻隔接线端由HI接线端电压之后的单位增益缓冲器驱动。在运用阻隔的典型测验体系中，Guard坐落HI和LO接线端之间。经过这样的衔接， HI和Guard之间有压降效为0 V，因而HI没有任何电流走漏。Guard输出和LO之间或许会有一些漏电流，可是，电流是由单位增益缓冲器供给，而不是HI，因而这并不影响SMU的输出或丈量。
举个比方，NI PXIe-4138/4139的丈量电路能够一同读取输出接线端（近端感应）或感应接线端（遥感）的电压值和电流值。这些丈量由始终保持同步的两个集成ADC进行。
别的如图10所示，NI PXIe-4138/4139的输出接线器上具有Guard和Sense两个接线端。您能够运用Guard接线端来完结电缆和测验夹具的阻隔。假如启用遥感时，能够运用Sense接线端，然后补偿电缆和开关的电流-电阻损耗压降。
图 14.NI PXIe-4138/4139 的输出接线器上具有Guard和Sense两个接线端。
13. 下一步
模块化SMU能够履行与传统仪器相同乃至更好的丈量，一同供给了一个渠道来支撑具有丈量和通道功用的现代技能，以满意不断改动的需求。可是，无论是购买传统SMU仍是模块化SUM，上述评论的要素都非常重要。提早考虑运用需求、本钱约束、功用和未来可扩展性能够协助您挑选最能满意您一切需求的仪器。
