超越規(guī)格：更高電流的供給與測量

太陽能電池、電源管理器件、高亮度LED和RF功率晶體管的特性分析等高功率測試應用經(jīng)常需要高電流，有時需要高達40A甚至更高的功率，MOSFET和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）將需要100A以上的電流。但是，通常單電源技術(shù)指標中規(guī)定的DC電流最大值是有限制的。這項指標的限制通常取決于電源的設計、儀器中使用分立器件的安全工作區(qū)域，內(nèi)部印制電路板上的金屬線間距等。如果想增大電流輸出并且使用SMU（Source Measurement Unit，源測量單元），可以采用多種測試模式和多個通道。

雖然DC電流源通常不允許使用脈沖輸出，但是可以自己搭建脈沖電路。對于MOSFET或IGBT等功率器件的測試來說，脈沖源常常十分重要，因為DC測試電流會使DUT的電阻值因焦耳熱產(chǎn)生偏移。雖然可以使用高功率脈沖發(fā)生器，但是它們不具備內(nèi)建測量功能，因而高功率脈沖發(fā)生器要求用脈沖測試信號同步分立電表的工作。

脈沖掃描實現(xiàn)更高的功率
可以用脈沖掃描代替直流掃描以獲得更高功率的I-V掃描，而且不影響測試結(jié)果。但是，使用電容器等DUT時，脈沖掃描則比不上直流掃描，因為在電壓脈沖的陡峭邊界會產(chǎn)生較大的位移電流，進而改變這些器件的電氣特性。另一方面，脈沖I-V測試對于得到其他類型器件的最優(yōu)測試結(jié)果（例如高功率RF功放，甚至低功率納米級器件）來說非常重要。在高功率連續(xù)波（CW）測試中，半導體材料本身會以熱量的形式消耗輸入功率。隨著器件中的材料變熱，傳導電流會降低，因為載流子和震動的晶格碰撞得更頻繁（聲子散射）。因此，由于自發(fā)熱效應使電流的測量結(jié)果被錯誤地降低了。假定這些類型的器件通常工作在脈沖模式下（即，斷續(xù)地而不是連續(xù)地），偏低的DC電流測量結(jié)果就不能準確反應這些器件的性能。在上述情況下，必須采用脈沖測試。

從使用直流掃描轉(zhuǎn)換到使用脈沖掃描時，必須考慮以下兩個因素。脈沖必須足夠?qū)挷庞谐渥愕臅r間讓器件瞬態(tài)、導線連接和其他接口電路達到穩(wěn)定，以使系統(tǒng)的測量穩(wěn)定、可重復。但是，另一方面，脈沖寬度又不能超過測試儀器的最大脈沖寬度和占空比極限，從而違反儀器允許的功率占空比。脈沖過寬還會產(chǎn)生與DC掃描同樣的器件自發(fā)熱問題。

組合多條SMU通道實現(xiàn)更高DC電流
組合SMU通道實現(xiàn)更高DC電流最常用的方法是在DUT的兩端并行連接電流源，如圖1所示。

圖1 組合多條SMU通道實現(xiàn)更高DC電流

此測試設置利用了著名的電學定律（基爾霍夫電流定律），它闡明了如果兩個電流源并行連接到同一個電路節(jié)點，那么它們的電流將相加。這兩臺SMU都輸出電流并測量電壓。這兩臺SMU的全部LO阻抗端子（FORCE和SENSE）都接地。表1提供了這一特定配置的特性概要。

應當將SMU1和SMU2的輸出電流設置為相同極性以獲得最大輸出。只要有可能，就將一臺SMU配置為固定源，另一臺SMU執(zhí)行掃描。這有助于讓兩臺SMU實現(xiàn)同步掃描。如果兩臺SMU都在掃描，那么它們的輸出阻抗會自然而然地變化(例如，當儀表自動量程擴大或縮小時)。DUT輸出阻抗還會顯著變化，例如，從高阻抗的關(guān)斷狀態(tài)到低阻抗的導通狀態(tài)。隨著電路中許多阻抗元件的變化，會導致整個電路在每個偏置點上的建立時間延長。雖然這種瞬態(tài)效應會逐漸消失，但是固定將一臺SMU作為源并將另一臺SMU用于掃描，通?？梢栽黾臃€(wěn)定性并縮短瞬態(tài)測量返回穩(wěn)態(tài)的時間，進而實現(xiàn)更高的測試吞吐量。

融合脈沖掃描與多條組合的SMU通道
新的SMU架構(gòu)簡化了脈沖掃描法的功率增強優(yōu)勢與多條SMU通道并行工作的融合。例如，某些雙通道SMU支持SMU通道數(shù)量從雙通道增至四通道。使用脈沖掃描以及多通道功能輸出的電流比使用一臺SMU和DC掃描輸出的電流更高。顯然，實現(xiàn)該測試方法要格外注意保證人身安全。為了安全起見，隔離或安裝障礙物對于防止用戶接觸帶電電路來說非常重要。需要額外的保護技術(shù)防止損壞測試設置或DUT。多路脈沖必須緊密同步（達到納秒級精度），從而一臺設備不會提前上電并會損壞其他還沒上電的單元。