超越規(guī)格：更高電流的供給與測(cè)量

太陽(yáng)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(cè)試應(yīng)用經(jīng)常需要高電流，有時(shí)需要高達(dá)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(biāo)中規(guī)定的DC電流最大值是有限制的。這項(xiàng)指標(biāo)的限制通常取決于電源的設(shè)計(jì)、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(cè)量單元），可以采用多種測(cè)試模式和多個(gè)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(duì)于MOSFET或IGBT等功率器件的測(cè)試來(lái)說(shuō)，脈沖源常常十分重要，因?yàn)镈C測(cè)試電流會(huì)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(cè)量功能，因而高功率脈沖發(fā)生器要求用脈沖測(cè)試信號(hào)同步分立電表的工作。

脈沖掃描實(shí)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(cè)試結(jié)果。但是，使用電容器等DUT時(shí)，脈沖掃描則比不上直流掃描，因?yàn)樵陔妷好}沖的陡峭邊界會(huì)產(chǎn)生較大的位移電流，進(jìn)而改變這些器件的電氣特性。另一方面，脈沖I-V測(cè)試對(duì)于得到其他類型器件的最優(yōu)測(cè)試結(jié)果（例如高功率RF功放，甚至低功率納米級(jí)器件）來(lái)說(shuō)非常重要。在高功率連續(xù)波（CW）測(cè)試中，半導(dǎo)體材料本身會(huì)以熱量的形式消耗輸入功率。隨著器件中的材料變熱，傳導(dǎo)電流會(huì)降低，因?yàn)檩d流子和震動(dòng)的晶格碰撞得更頻繁（聲子散射）。因此，由于自發(fā)熱效應(yīng)使電流的測(cè)量結(jié)果被錯(cuò)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(cè)量結(jié)果就不能準(zhǔn)確反應(yīng)這些器件的性能。在上述情況下，必須采用脈沖測(cè)試。

從使用直流掃描轉(zhuǎn)換到使用脈沖掃描時(shí)，必須考慮以下兩個(gè)因素。脈沖必須足夠?qū)挷庞谐渥愕臅r(shí)間讓器件瞬態(tài)、導(dǎo)線連接和其他接口電路達(dá)到穩(wěn)定，以使系統(tǒng)的測(cè)量穩(wěn)定、可重復(fù)。但是，另一方面，脈沖寬度又不能超過(guò)測(cè)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(guò)寬還會(huì)產(chǎn)生與DC掃描同樣的器件自發(fā)熱問(wèn)題。

組合多條SMU通道實(shí)現(xiàn)更高DC電流
組合SMU通道實(shí)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(shí)現(xiàn)更高DC電流

此測(cè)試設(shè)置利用了著名的電學(xué)定律（基爾霍夫電流定律），它闡明了如果兩個(gè)電流源并行連接到同一個(gè)電路節(jié)點(diǎn)，那么它們的電流將相加。這兩臺(tái)SMU都輸出電流并測(cè)量電壓。這兩臺(tái)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(yīng)當(dāng)將SMU1和SMU2的輸出電流設(shè)置為相同極性以獲得最大輸出。只要有可能，就將一臺(tái)SMU配置為固定源，另一臺(tái)SMU執(zhí)行掃描。這有助于讓兩臺(tái)SMU實(shí)現(xiàn)同步掃描。如果兩臺(tái)SMU都在掃描，那么它們的輸出阻抗會(huì)自然而然地變化(例如，當(dāng)儀表自動(dòng)量程擴(kuò)大或縮小時(shí))。DUT輸出阻抗還會(huì)顯著變化，例如，從高阻抗的關(guān)斷狀態(tài)到低阻抗的導(dǎo)通狀態(tài)。隨著電路中許多阻抗元件的變化，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路在每個(gè)偏置點(diǎn)上的建立時(shí)間延長(zhǎng)。雖然這種瞬態(tài)效應(yīng)會(huì)逐漸消失，但是固定將一臺(tái)SMU作為源并將另一臺(tái)SMU用于掃描，通?？梢栽黾臃€(wěn)定性并縮短瞬態(tài)測(cè)量返回穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)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(jiǎn)化了脈沖掃描法的功率增強(qiáng)優(yōu)勢(shì)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(tái)SMU和DC掃描輸出的電流更高。顯然，實(shí)現(xiàn)該測(cè)試方法要格外注意保證人身安全。為了安全起見(jiàn)，隔離或安裝障礙物對(duì)于防止用戶接觸帶電電路來(lái)說(shuō)非常重要。需要額外的保護(hù)技術(shù)防止損壞測(cè)試設(shè)置或DUT。多路脈沖必須緊密同步（達(dá)到納秒級(jí)精度），從而一臺(tái)設(shè)備不會(huì)提前上電并會(huì)損壞其他還沒(méi)上電的單元。