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电源测量单元(SMU) 来源：本站整理•作者：佚名• 2010-09-25 11:27 • 次阅读 • 个评论 SMU是一种精确供电设备，它不仅可以提供测量分辨率小于1mV的电压源，还可以提供测量分辨率低于1uA的电流源。SMU还提供了远端检测功能并拥有集成了双极型电压和吸收功率能力的四象限输出功能。最后，SMU可以提供线性扫描电压和扫描电流，能够获得仪器的IV特性曲线。目前，SMU已经广泛使用于工业中，并且成为了许多自动化测试系统中的常用组成部件。需要了解更多SMU精确特性及其相关应用的信息，请阅读下面对应的段落。使SMU区别于其它标准电源器件的最显著的特性就是它的高精度。精度定义为可重复性或可再生性。在考虑到仪器的精度时，请记住两个与其相关的主要特性：灵敏度和精确度。
灵敏度
灵敏度定义为仪器可以被检测到的最小的可测量(或可提供)的变化值。也就是说，灵敏度就是能够在设备的输出端设置的最小增量，或能在设备的输入端检测到的最小增量。SMU 提供了多个电压电流范围供用户设置和读取，所以比标准的电源器件具有更高的灵敏度。例如，NI PXI-4130 SMU就提供了从2A到200 μA 的5个电流范围。
精确度
精确度是指电源给出的电压电流值或者测量值的最大不确定性。绝对精确度是以一个标准的有效读取值作为参考而获得的。通常，对电源供给和测量两个方面，SMU都具备小于等于输出设定值0.1%的精确度。譬如，PXI-4130功率SMU的200μA量程的准确度达到了0.3%。
远端电压检测
在精确的供给或测量电压的应用中，一个最重要的问题就是，待测设备(DUT)中导线阻抗对测量到的电压值的影响。导线阻抗是无法消除的，在涉及到长距离细导线的应用中，它就能够造成很大的影响。虽然通常铅阻抗都不会超过几欧姆，但是这些小阻抗却可能对加在DUT上的电压产生巨大的作用。尤其当DUT的内部阻抗很小的时候，这种现象尤为明显。
图1显示了一个普通电路，包含一个电压源仪器、导线和一个DUT。在这个例子中，假设从电压源连接到DUT的正极和负极导线的铅阻抗都为1 ?。
图1. 典型的可编程电源器件的连接图
假设电源器件的输出为5V，DUT的阻抗为1k。按照下列公式，可以计算出DUT终端的实际电压：
在这种情况下，电压实际只有4.99V。对某些器件而言，这种小的变化是微不足道的；然而，对那些需要高精度操作电压的应用而言，这样的误差可能变得非常重要。此外，对那些低输入阻抗的设备来说，这将极大地降低导线端待测设备上电压的变化。表1中列出了当DUT输入阻抗降低时，DUT两端的电压值：
表1. 阻抗不同的DUT上获得的电压
这种导线阻抗引起的电压误差，可以通过远端检测来解决，也就是4-线检测。这种技术直接测量DUT两端电压，并进行相应补偿，可以去除导线阻抗上的电压降。这种方法类似于数字万用表(DMM)采用的4-线阻抗测量方法，以消除阻抗测量中导线阻抗带来的影响。电源和DMM在输出端都有两个额外的接线端，用于这种4-线远端检测技术。这些额外接线端直接连接到DUT上。虽然用于远端检测的导线中仍然存在导线阻抗，但是电压测量是处于高阻状态的，所以没有电流会从检测导线中流过，因此也将不存在电压降。
SMU通常具备了远端检测的能力，以充分利用它们所提供的增强的电压灵敏度。PXI-4130 SMU上就具备远端检测能力（也称为”开尔文检测”），并可以在软件中设置其开关状态。
4-象限操作（供能和吸能）
SMU的另外一个特性便是输出的灵活性。SMU具有4象限输出，可以提供正电压正电流(第一象限)、负电压正电流(第二象限)、负电压负电流(第三象限)和正电压负电流(第四象限)。典型地，SMU的数据手册中会包含一幅与图2类似的象限图，显示了在每个象限内可使用的最大电压和电流。吸收象限区中通常采用一条实线表征持续功率耗散，采用一条虚线表征在脉冲模式下吸收电流的能力。理解这种差异是很重要的，因为SMU的持续功率耗散能力可能比它的脉冲耗散能力要小得多。
对那些同时需要电源供给和吸收的应用（例如测试充电电池的充电周期，或者测试数字半导体器件管脚上的输出短路电流）而言，4-象限操作功能是非常必要的。PXI-4130可以在I和III象限区提供40W的功率，在II和IV象限区可以吸收10W的功率。
图2. NI PXI-4130 Power SMU通道1的象限图
双极
对于归类为4-象限的电源或SMU而言，它必须具备在同一端口提供正电压和负电压的能力。这对描述同时具有正向和反向特性的有源设备中的击穿现象是非常重要的。你可以采用一个输出通道来提供从负到正的扫描电压，以表征这些正向和反向特性。PXI-4130功率SMU在它的两极SMU通道上提供了+20 V到-20 V的电压输出。
功率吸收
类似的，归类为4-象限的电源或SMU，不仅必须能够提供功率，还必须能够吸收功率。提供功率是指为电路提供激励，而吸收功率是指消耗外部有源器件(例如电池、充电电容、或另一个电源)提供的功率。可以配置4-象限源，将其设为吸收电流模式来对电容或电池进行放电。譬如，PXI-4130提供了高达10W的功率吸收能力。
扫描
SMU的主要应用是对各种电子器件、半导体设备和用户芯片设计进行表征和分类。通常可以采用将一系列电压或电流值以扫描方式提供给DUT来实现以上功能。绘制二极管和三极管的IV曲线就是这种应用的一个典型案例。在这种应用中，给在DUT的两端提供扫描电压，并测量其得到的电流。
扫描可以采用多种方式，可以是线性方式或者对数方式，也可以是自定义方式，直流方式或者脉冲方式。当SMU测量得到的电压和电流时，以3000S/秒的速度扫描电压和电流。此外，PXI-4130还提供了一个额外可编程电源作为实用通道，可以提供6V电压和1A电流。你可以使用该通道为双极结型晶体管(BJT)提供基极电流，或者为场效应管(FET)提供栅极电压。图4描述了NI LabVIEW SignalExpress环境中，采用PXI-4130 power SMU扫描双极结型晶体管得到的IV曲线。
图4. 使用PXI-4130 Power SM扫描双极结型晶体管得到的IV特性曲线
PXI可编程电源和SMU
NI为PXI提供了两种高精度电源：PXI-4110可编程电源和PXI-4130 功率SMU。虽然它们都只是一块3U的 PXI模块，但却都比其他传统的电源具备更高的精确度。图5显示了这两种NI高精度电源与传统可编程电源之间在电流测量灵敏度方面的对比。
图5. NI公司PXI高精度电源的价格和精度的比较
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SMU助力AI算法企业成为半导体测试新势力近日，基于美国国家仪器 (National Instruments，以下简称“NI”) 的PXI源测量单元 (SMU)，专注利用人工智能驱动半导体测试测量的北京博达微科技有限公司 (简称“博达微2018-01-24 14:31:594898基于NI系统SMU系统的功能测试DC-DC电源转换器或电池与复杂电子器件之间的重要接口。 DC-DC电源转换器许多应用常见的一种PMIC，其中功率转换电路用于将直流电源的电压电平上变频或下变频为另一个电压电平。标准的DC-DC转换器测试序列可测量电压2017-11-17 01:09:0139697大技巧能更快速更经济地分析和验证源测量单位源测量单元(SMU) 由于其将可编程电源、可编程负载和DMM的功能集成到一台仪器而日益普及。 然而，大多数工程师只是表面上理解了SMU对其测试系统性能和吞吐量的影响。 为了实现减少成本和测试时间2017-11-16 19:03:05263高精度脉冲电源测量高精度脉冲电源测量 2017-09-12 14:43:094电源测试：电源设计的噪声测量上次，我发表了关于如何测试电源设计三篇文章中的第一篇：电源测试，效率测量，主要介绍有关测试的基础知识，包括必要设备以及如何准备用于测试的电路等。此外，我还介绍了如何精确测量启动时间、电流限值以及电源效率。今天，我要谈谈在测试电源性能时需要考虑的另一个重要指标：噪声测量。2017-04-18 17:07:09981基于分度台转位装置的惯性测量单元智能检测_王斌基于分度台转位装置的惯性测量单元智能检测_王斌2017-01-10 21:06:341基于MEMS陀螺和加计的微惯性测量单元研制基于MEMS陀螺和加计的微惯性测量单元研制2016-12-06 23:45:4112MEMS惯性测量单元（IMU）/陀螺仪对准基础对于在反馈环路中采用MEMS惯性测量单元(IMU)的高性能运动控制系统，传感器对准误差常常是其关键考虑之一。2016-11-05 03:56:252190NI发布业界最高精度的PXI源测量单元NI近日宣布推出NI PXIe-4135源测量单元（SMU），其测量灵敏度达10 fA，输出电压高达200V。工程师可以使用NI PXIe-4135 SMU来测量低电流信号，并利用NI PXI2016-07-28 19:13:07675NI发布业界最高精度的PXI源测量单元 全新的低电流SMU提供了高达10 fA的电流灵敏度“我们的顺序参数测试需要采集数百万个数据点，电流泄露通常在pA级。”IMEC研究人员Bart De Wachter博士表示， “在受益于PXI平台提供的高速度和LabVIEW的系统编程灵活性的同时，全新的NI PXI SMU可帮助我们精确地测量低电流信号。”2016-07-28 09:19:321209MEMS惯性测量单元自动校准算法研究与实现MEMS惯性测量单元自动校准算法研究与实现2015-11-24 20:45:2117源测量单元仪器新兴研发应用的工具选择源测量单元仪器是分立电源和数字多用表的智能替代方案，而且具有与数字多用表相似的、便利的用户接口。吉时利源测量单元仪器包括电源、真正的电流源、6位半数字多用表、任意波形发生器、V/I脉冲发生器，包含2015-05-28 11:53:25206如何选择和应用源测量单元（SMU）仪器随着越来越多的人发现，SMU仪器中紧密集成的DMM（数字万用表）和精密电源功能可以服务于整个电子和半导体行业中种类繁多的应用，它们得到了迅速的普及。欲为特定的应用选择最合适的SMU，就需认真了解如何2015-05-28 11:03:4587吉时利触摸屏SMU仪器可提供更大电流源和更宽测量范围中国 北京，2014年11月6日 - 先进电气测试仪器与系统的世界级领导者吉时利仪器日前宣布，推出其最新的支持电容触摸屏图形用户界面 （GUI） 的台式源测量单元 （SMU） 仪器---2460。2014-11-06 16:32:171168NI源测量单元(SMU)和可编程电源资源包简介：为您讲解：新一代的源测量单元技术NI SourceAdapt技术；如何通过选择模块化源测量单元来设计多通道测试系统、实现测试成本目标；使用最新SMU技术测试各种真实的DUT，同时确保DUT2014-05-20 19:24:57293NI张天生：PXI SMU加速高功率元件测量PXI模组化电源测量单元（SMU）仪器问世。高亮度发光二极体（LED）、绝缘闸双极性电晶体（IGBT）、金属氧化物半导体场效电晶体（MOSFET）等需要SMU输出瞬间高瓦数的电源进行测量，然高瓦数2014-03-17 09:47:56798缩减LED/功率元件测试成本 PXI模组化SMU亮相PXI模组化电源测量单元（SMU）仪器问世。高亮度发光二极体（LED）、绝缘闸双极性电晶体（IGBT）、金属氧化物半导体场效电晶体 （MOSFET）等需要SMU输出瞬间高瓦数的电源进行测量，然高瓦数2014-02-18 09:50:47784NI公司以领先的通道密度扩充SMU系列产品NI推出新的PXI SMU系列产品，适用于自动化半导体测试。全新的NI PXIe-4143 SMU每秒取样率为600，000，具有4个通道，堪称通道密度最高的SMU，非常适合多针脚半导体待测装置的平行测试，并且2012-09-14 10:50:361232电信机柜中的电源分配单元(PDU)电信机柜中的电源分配单元 (PDU) 通过 RF 馈送器和偏置器件为多达六个塔顶放大器 (TMA) 提供电源。PDU 执行电压调节以确保以更高的功效向 TMA 提供清晰稳定的电源。2012-06-13 15:46:231893智能电能表的线性电源单元电路图图 智能电能表的线性电源单元电路图2012-05-17 17:14:232263安捷伦增强的源/测量单元安捷伦科技三通道的源∕测量单元(SMU)可以在各种器件参数测试，如二极管、LED、CMOS集成电路和其它半导体器件参数测试应用中同时提供电源和进行测量。U2723A USB 模块化 SMU 紧凑的外形2012-04-26 09:32:28430车载单元中智能电源的设计本文以电子不停车收费系统为基础，对系统中车载单元提出了一种有效的智能电源管理解决方案。2011-12-15 10:59:53606基于PDIUSBD12芯片的同步相量测量单元设计同步相量测量单元(PMU)测量装置与上位计算机之间的通讯速率普遍较低，不能将测量数据及时传送到上位机进行分析处理，通讯接口已成为整个系统性能提高的一个瓶颈，因此有必要使用2011-09-22 17:08:56920吉时利大阵列持续推动源测量单元仪器技术吉时利公司的源测量单元(SMU)(低电流)使用天然的三轴连接，确保从仪表到电缆端口之间不存在漏电流路径。吉时利公司的源数据表使用天然的三轴连接，确保从根本上杜绝这些经常被忽2011-09-21 12:05:241386光纤捷联惯性测量单元设计提出了一种捷联式惯性测量单元的设计与实现方法。该系统以开环光纤陀螺和硅微加速度计作为惯性敏感元件，采用高速DSP 作为中央处理器实现数据采集、处理及输出。重点介绍了系统2011-09-13 15:02:5420NI扩展其PXI平台的功能NI扩展其PXI平台的功能，通过新发布的每个引脚参数测量单元模块(PPMU)和源测量单元模块(SMU)用于半导体的特性描述和生产测试2011-09-09 09:29:38720一种基于PLC开关量输入单元的转速信号测量方法本文提供了一种基于PLC开关量输入单元的转速信号测量方法，该方法的特点在于测量成本低、可靠性高、测量精度和刷新时间稳定。文中举出了用PLC开关量输入单元测量频率的成本2010-07-20 16:54:3431电源测量和分析入门手册目录引言 3电源设计问题指向测量需求 3开关式电源基础知识 3-4有源元件测量：开关单元 4-11开关式设备中的功率损耗原理 4关闭损耗 2010-06-30 09:31:0547Aosens PDU电源分配单元（机柜插座）PDU是英文PowerDistributionUnit的缩写，即电源分配单元，专业配套各种482.6mm（19英吋）标准机柜和非标准机柜，满足网络设备的基础供配电和特殊用电需求。2010-06-28 15:51:1240电源测量与分析入门手册目录简介电源设计中的问题以及测量要求示波器与电源测量开关电源基础准备进行电源测量在一次采集中同时测量100伏和100毫伏电压消除电压探头和电流探头之2010-06-01 11:20:5117MAX9951 双路引脚参数测量单元MAX9951 双路引脚参数测量单元MAX9951/MAX9952双路参数测量单元(PMU)具有小封装尺寸，宽加载和测量范围，以及较高精度，适用于自动测2010-03-17 08:50:16638电源系统中的单元电路的工原理电源系统中的单元电路的工原理 1、整流与滤波电路（AC/DC）整流电路的作用就是将极性双向变化的交流电或者双向脉冲电，转变成为单向脉冲电2010-01-04 15:26:111323USB总线在同步相量测量单元中的应用USB总线在同步相量测量单元中的应用1 引言 同步相量测量单元(PMU)测量装置与上位计算机之间的通讯速率普遍较低，不能将测量数据及时传送到上2009-12-12 11:15:27420电源系统中的单元电路-电源技术概要电源系统中的单元电路-电源技术概要:电源系统中的单元电路_电源技术概要二、电源系统基本单元电路介绍1、 整流与滤波电路（AC/DC）整流电路的作用就是将极性双向变2009-11-01 00:12:2835一种基于PLC开关量输入单元的转速信号测量方法本文提供了一种基于 PLC 开关量输入单元的转速信号测量方法，该方法的特点在于测量成本低、可靠性高、测量精度和刷新时间稳定。文中举出了用PLC 开关量输入单元测量频率的成2009-06-18 09:59:3840卫星数字电视接收站测量方法--室内单元测量 GY T 150卫星数字电视接收站测量方法--室内单元测量 GY T 150-2000 2008-11-22 16:48:1425