串聯 NI PXIe-414X 的輸出通道

NI 提供適用於不同用途的多種 SMU。下表註明不同模組的最大電流與最高電壓規格。 

表 1

NI PXIe-414x 系列模組的 4 個通道均採組間隔離，並共用同一個 LO 連結。  由於架構如此，因此無法為了串聯多個通道而將某一個通道的 HI 接在另一個通道的 LO。  不過，若按照下方簡圖所示將兩個通道串聯起來，輸出電壓就能達到單通道最大電壓的兩倍 (2VDC_max)：

圖 1

要達到圖 1 簡圖中所示 DUT 的 +2VDC_max，必須將 Ch1 設定為定電壓模式的 +VDC_max、Ch0 設為定電壓模式的 -VDC_max。  同樣地，要達到圖 1 簡圖中所示 DUT 的 -2VDC_max，必須將 Ch1 設定為定電壓模式的 -VDC_max、Ch0 設為定電壓模式的 +VDC_max。  不論何種情況，均建議將 Ch0 和 Ch1 的電流規範限制設為相同的值。  此外，通過 Ch0 和 Ch1 的電流不可超過 ADC_max。  Ch0 和 Ch1 的 LO 均連接至裝置內部，使用近端感測時應保持浮動。  不可將 LO 接在 DUT 接地。  如圖 2 所示，使用遠端感測時，應將 Ch0 和 Ch1 的 LO 感測端子接在單一 LO 端子 (Ch0 或 Ch1 的 LO 端子即可)。

圖 2

不建議依據圖 1 中的簡圖進行延伸，建立兩個 ±2VDC_max 雙極通道。  不過，您可以延伸圖 1 中的簡圖，建立最大 +2VDC_max 輸出的正單極通道 (最多三個)，或者最大 -2VDC_max 輸出的負單極通道 (最多三個)，如下方簡圖所示：

圖 3

如按照圖 3 所示設定 NI PXIe-414x，需考慮幾件事：

有三個正極通道：

1. 連接至通道 1-3 之 HI 端點的 DUT 必須共用接地。
2. 在定電壓模式下，必須將通道 0 的電壓設為 -VDC_max。
3. 要在 ChX (X 的範圍是 1-3) 與 DUT 接地之間供應 +2VDC_max 電源，必須在定電壓模式下將 ChX 的電壓設為 +VDC_max。  要在 ChX 與 DUT 接地之間供應 0VDC 電源，必須在定電壓模式下，將 ChX 的電壓設為 -VDC_max。
4. 通過 Ch0 的電流不可超過 ADC_max，也就是說，通過 Ch1-3 的電流總和不可超過 ADC_max。

有三個負極通道：

1. 連接至通道 1-3 之 HI 端點的 DUT 必須共用接地。
2. 必須將通道 0 在定電壓模式下的電壓設為 +VDC_max。
3. 要在 ChX (X 的範圍是 1-3) 與 DUT 接地之間供應 +2VDC_max 電源，必須將 ChX 在定電壓模式下的電壓設為 -VDC_max。  要在 ChX 與 DUT 接地之間供應 0VDC 電源，必須將 ChX 在定電壓模式下的電壓設為 +VDC_max。
4. 通過 Ch0 的電流不可超過 ADC_max，也就是說，通過 Ch1-3 的電流總和不可超過 ADC_max。

多個單極串聯通道使用遠端感測時，所有通道的 LO 感測端子都要接在一個 LO 端子 (任何通道的 LO 端子皆可)。

如果 PXIe-414x 的多個通道都以定電流模式運作，就可以串聯起來，以利因應更高的電壓規範限制。

要根據圖 1 的簡圖在定電流模式中達到 +2VDC_max 的電壓規範限制，必須將 Ch0 和 Ch1 在定電流模式下的電壓規範限制分別設為 +VDC_max。  通過 Ch0 和 Ch1 的電流不可超過 ADC_max，而 Ch0 和 Ch1 的 LO 均連接至裝置內部且應保持浮動。  不可將 LO 接在 DUT 接地。  如圖 2 所示，使用遠端感測時，應將 Ch0 和 Ch1 的 LO 感測端子接在單一 LO 端子 (Ch0 或 Ch1 的 LO 端子即可)。

可以延伸圖 1 的簡圖，建立不超過 3 個定電流模式通道，且其電壓規範限制最高可達 +2VDC_max，如圖 3 所示。  如按照圖 3 所示設定 NI PXIe-414x，需考慮幾件事：

1. 連接至通道 1-3 之 HI 端點的 DUT 必須共用接地。
2. 必須將通道 0 在定電流模式下的電壓規範限制設為 +VDC_max。
3. 要讓 Ch0 和 ChX (X 的範圍是 1-3) 串聯組合在定電流模式下達到最高 +2VDC_max 電壓規範限制，必須將 ChX 在定電流模式下的電壓規範限制設為 +VDC_max。
4. 通過 Ch0 的電流不可超過 ADC_max，也就是說，通過 Ch1-3 的電流總和不可超過 ADC_max。

可以平行串聯 NI PXIe-414x 的通道，輸出最高 4ADC_max 的輸出電流，如下方簡圖所示：

圖 4

按照圖 4 所示設定所有通道時，所有作業皆須以相同的電壓規範限制為準。  若所有通道的電壓均低於電壓規範限制設定值，則不應出現一個通道嘗試控制另一個通道的情形。  不過，若其中有任何一個相連通道在此模式下運作時達到電壓規範，會因為電路在所有通道當中的小幅變化而使得通道電壓準位無法保持一致。  這類小幅變化可能會導致其中一個通道嘗試控制另一個通道的情形，將導致非預期行為或使得通道所供應的電流無法相符。

為避免出現非預期的行為，倘若運作電壓接近電壓規範限制，可以在每個通道輸出串聯加上少量電阻，強制所有通道平均分配電流。  圖 4 以 R0-R3 表示這些串聯電阻器。  以大多數的用途而言，每個通道輸出串聯 0.5Ω-1Ω 應已足夠。

使用近端感測時，接線電阻通常可以提供足夠的串聯電阻。  不過，使用遠端感測時，串聯電阻的位置必須在感測點之後，如圖 5 所示。  以此方式佈線能避免四線連接壓過電阻，但這樣的配置只適用於已知串聯電阻值的情況。  串聯電阻的存在 (圖 5 中的 R0 表示 Ch0、R1 表示 Ch1) 會造成電壓量測錯誤。  在軟體中使用串聯電阻值計算修正過的電壓量測結果即可解決這種電壓量測錯誤問題。

圖 5

當 PXIe-414x 以定電壓模式運作時，也可以平行連接多個通道，以利因應更高的電流規範限制，如圖 4 中的簡圖所示。  不過，只有使用中通道的電路一旦出現細微差別，電壓準位就無法保持一致。  這類小幅變化可能會導致其中一個通道嘗試控制另一個通道的情形，將導致非預期行為或使得通道所供應的電流無法相符。

為避免出現非預期行為，可以在每個通道輸出串聯加上少量電阻 (如圖 4 所示)，強制所有通道平均分配電流。  一般而言，每個通道輸出串聯 0.5Ω-1Ω 即可。  使用近端感測時，接線電阻通常可以提供足夠的串聯電阻。  不過，使用遠端感測時，串聯電阻的位置必須在感測點之後，如圖 5 所示。  以此方式佈線能避免四線連接壓過電阻，但這樣的配置只適用於已知串聯電阻值的情況。  串聯電阻的存在 (圖 5 中的 R0 表示 Ch0、R1 表示 Ch1) 會造成電壓設定點錯誤。  只要在軟體中使用串聯電阻值計算並設定修正過的電壓設定點，即可解決此類電壓設定點錯誤問題。

以 PXIe-4141、PXIe-4143 和 PXIe-4145 來說，只要在每個通道設定少量輸出電阻 (若是這種方法，0.5Ω-1Ω 也就夠了)，不須在每個通道串聯增加少量電阻，如圖 6 所示。  請參閱《NI DC 電源供應與 SMU 說明》(NI DC Power Supplies and SMUs Help)，進一步了解 Programmable Output Resistance 函式。

圖 6