使用 NI PXI 電源量測單元執行更具智慧效能的測試

NI 提供多款 PXI 規格的 SMU。這些模組能因應多種測試與特性分析的需求，從一般自動化測試用途供電到半導體裝置參數測試，全都一體適用。下列表格列舉 NI 的 SMU。

系統 SMU

系統 SMU 的設計在於能以單一 SMU 通道提供高功率、高精確度、高速的電源量測功能，適用於相當多元的用途。這些儀器能提供 20 W 的連續 DC 功率，以及最高 500 W 的瞬間脈衝功率。 

表 1.系統 SMU 以單一 SMU 通道提供高功率、高精確度、高速的電源量測功能。

高通道數 SMU

NI PXIe-414x 系列 4 通道 SMU 以單一 4U PXI 機箱提供高達 68 個通道的通道密度，在業界居領先地位，適用於高通道數、低功率的用途。由於可自訂暫態響應、精確度及密度，這些儀器非常適合用於精準半導體用途，例如 MEMS 系統測試、開路短路測試或 RF 積體電路供電。

表 2.NI PXIe-414x 系列的通道密度在業界居領先地位，單一 4U PXI 機箱容納多達 68 個通道。

圖 1.單一 18 槽 PXI 機箱可以結合多達 17 個 PXI SMU 通道。

不論是從密度或整合的角度而言，使用箱型儀器建置這類高密度或混合式訊號測試系統的難度都高於使用模組化平台。採用與單一 PXI 機箱相同的 4U 機架空間的傳統箱型儀器可以提供八個通道，相較之下，功率範圍相近的 NI SMU 卻能提供 17 個通道。PXI 機箱內的時序和同步化觸發條件都是共用的，因此，使用 PXI 平台整合多組 SMU 與其他儀器更加簡便。結合這樣的整合式觸發接線與 NI SMU 的機板硬體序列引擎，不需要外接任何接線，輕輕鬆鬆就能讓多組 SMU 或其他儀器共用事件與觸發條件。

NI PXI Express 架構的 SMU 支援靈活調整量測轉換時間，從而執行高速與高精確度的 DC 量測作業。量測轉換時間較短可讓您使用 SMU 發揮示波器功能，取樣率最高可達 1.8 MS/s，而量測轉換時間拉長，則能用於進行電流解析度最高 10 fA 的高精確度量測作業。

精確度

NI SMU 的電流靈敏度最低達到 10 毫微微安培 (fA)，能執行高精準度量測作業。要進行高精確度的量測，轉換時間要足以讓 SMU 類比轉數位轉換器充分整合訊號並套用雜訊抑制濾波器。SMU 轉換時間通常以電源線週期數 (NPLC) 為準，預設是 1 NPLC，以利濾除電源線引起的雜訊 (60 Hz 或 50 Hz)。

圖 2.電流量測雜訊 (amps) 轉換時間函式 (NPLC)

(詳細資訊請參閱下方編號清單。)

資料同樣使用 1 A 電流量測範圍，分別以不同的轉換時間長度 (0.001、0.01、0.1、1 和 2 NPLC) 擷取兩組 SMU 的 RMS 電流雜訊。兩種儀器按相同的時間間隔進行校準，並維持相同的測試參數。下列 2 種情境說明了 NI SMU 與傳統箱型 SMU 的量測品質與速度比較。

1. 比較相同量測轉換時間下的雜訊效能
   NI SMU 以 1 NPLC 提供 0.1 到 0.2 μA 的雜訊，而箱型 SMU 的量測雜訊則是 10 到 20 μA。這表示在速度相同的情況下能降低約 100 倍的雜訊，且在相同的電流範圍內能夠發揮更好的量測解析度。
   
   
2. 比較電流雜訊相同之下的量測速度
   使用傳統箱型 SMU 時，可能需要拉長轉換時間才能因應量測的雜訊需求。但是，NI SMU 在 0.005 NPLC 的條件下所能達到的雜訊，就等同於傳統箱型 SMU 在完整 1 NPLC 下所能達到的雜訊，也就是說，前者速度加快了 100 倍以上。因此，您就能夠在量測效能不變的前提之下大幅縮短整體測試時間。

高速取樣與串流

NI SMU 的取樣率遠高於傳統箱型 SMU，因此，您可以使用 SMU 發揮高電壓或電流示波器的作用。此外，NI SMU 能發揮快速更新率，且可自訂 SMU 響應，能讓您快速執行大型序列或使用 SMU 產生任意波形。主機電腦與 SMU 之間能直接進行 DMA 串流，可以避免常見於傳統匯流排介面 (如 GPIB 與乙太網路) 的資料傳輸瓶頸，讓 SMU 確實能按完整更新速度串流大型波形。下表列舉特定 NI SMU 與傳統箱型 SMU 的比較。

表 4.比較 NI SMU 與傳統機箱的取樣率、更新率與暫態響應設定。

要擷取 SMU 響應的詳細暫態特性，或是針對線路與負載暫態等受測裝置 (DUT) 的行為進行特性分析，NI SMU 的示波器功能非常重要。如果沒有這項功能，就需外接示波器。

圖 3.NI SMU 的取樣率高於傳統箱型 SMU。

上圖示意的 SMU 會產生電流脈衝，並以 20 kS/s 與 1.8 MS/s 取樣率進行輸出採樣。NI SMU 的取樣率達 1.8 MS/s，能讓您細查詳細的脈衝暫態特性，也能確實避免響應過衝或震盪。

SourceAdapt 技術讓您能夠最佳化適用於任何負載的 SMU 響應，就連高感應或高電容負載也不例外。新一代 SMU 技術採用數位控制迴路取代傳統類比控制迴路，因此能完全自訂 SMU 的暫態響應。

傳統 SMU 的限制

SMU 使用閉迴路反饋控制，保障能將程式設計好的源極值 (設定點) 正確應用於受測負載。傳統 SMU 均透過類比硬體建構控制迴圈，但有其缺點。舉例來說，專為高速測試所設計的高頻寬 SMU，往往不適用於「必須保持高度穩定」的高電容性負載。另一方面，專為高電容性負載所設計的 SMU，卻又不適合用於高速測試。其實，最舊型的 SMU 均經過最佳化設計，適用於高速或高穩定度測試。即便如此，由於要設計出能正確回應各類負載的電路極其困難，因此很難達到最佳響應。

SourceAdapt 的優點

SourceAdapt 技術能協助您根據特定負載自訂調整 SMU 響應，因此能徹底解決這個問題。這項技術幾乎不需要花時間設定，卻能得到最理想的 SMU 響應，自然能縮短等待時間並加快測試速度，而且能避免過衝和震盪，充分保護 DUT 並讓系統確實保持穩定。由於是透過程式設計方式調整 SMU 響應，因此，要將針對高速測試設定的 SMU 應用於高穩定度測試，很容易就能重新設定，因此能大幅提高測試設備的投資報酬率，並且得到更好的結果。

圖 4.SourceAdapt 技術支援自訂響應，以利發揮 
最大的穩定性並盡可能縮短上升時間。

NI-DCPower 是與 IVI 規格相容的儀器驅動程式，提供軟體人機介面、程式集範例組合，以及完整的 API，適用於 NI LabVIEW、NI LabWindows™/CVI 以及 NI Measurement Studio 等環境。儀器軟體人機介面適用於進行單點 IV 量測或裝置連續供電。內建範例提供現成的程式，能用於排序一或兩個 SMU 通道的輸出及繪製響應圖形。這些程式範例示範簡單的電源量測設定、半導體元件的進階掃頻，以及 IV 特性分析等各項概念。這些範例適合當成基礎，用於在 LabVIEW 軟體中建構更大型或客製化程度更高的專案，或是在 NI TestStand 中進行序列測試。

圖 5.以修改過的使用者介面進行電晶體特性測試的範例程式

NI SMU 經最佳化處理，非常適合用於 LabVIEW、LabWindows/CVI 及 Measurement Studio 之類的程式設計環境。由於 NI SMU 能緊密整合開發與測試作業，因此能發揮更勝傳統第三方箱型儀器的使用體驗。使用者可以透過單一程式設計語言使用 NI SMU 的完整功能，不必混合使用多種可程式化儀器標準指令 (SCPI)、LabVIEW VI 和/或指令碼語言。下列清單詳列 NI SMU 的部分軟體功能：

• 內建量測面板
• 範例程式
• 詳細的整合式 LabVIEW 輔助說明
• 完整的錯誤處理與傳訊功能
• 資料從 SMU 串流至主機的過程透明公開

NI SMU 提供豐富的硬體選項與靈活的軟體，能因應多種實驗室特性分析與自動化測試用途的需求。NI SMU 規格輕巧，量測品質卻能媲美傳統箱型 SMU，讓您能以單一 PXI 機箱建立多達 68 個通道的高通道數系統。SourceAdapt 之類技術讓 SMU 確實能夠產生快速穩定的響應，適用於從純電阻到高電容的各種負載。

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*LabWindows 標章經 Microsoft Corporation 授權使用。Windows 是 Microsoft Corporation 在美國與其他國家的註冊商標。