所謂源測(cè)量單元(Source Measure Unit，簡(jiǎn)稱SMU)，顧名思義就是可編程電源和測(cè)量儀表的結(jié)合體，既可以有電源輸出，又可以進(jìn)行測(cè)量。隨著應(yīng)用領(lǐng)域?qū)┙o電源和測(cè)量同步性要求的不斷提高，SMU在生物化學(xué)、超導(dǎo)材料、光電器件測(cè)試、半導(dǎo)體研究等領(lǐng)域起到了越來(lái)越大的作用。尤其是高性能的源表，可以更全面地檢測(cè)器件特性，提升整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的效率，從而提高設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。

橫河測(cè)試測(cè)量公號(hào)之前的推文介紹了源測(cè)量單元SMU一些重要的性能指標(biāo)。橫河SMU除了具有精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)外，還具有分辨率高、噪聲低、可四象限運(yùn)行、同時(shí)具備測(cè)量通道與源發(fā)生通道以及擁有強(qiáng)大的可編程能力和可擴(kuò)展等特性。

靈活運(yùn)用這些特性，可使橫河的SMU在生物化學(xué)、材料器件和信息通信等領(lǐng)域滿足各式各樣的測(cè)試需求，幫助研究人員優(yōu)化試驗(yàn)方案，提高測(cè)試系統(tǒng)的效率以及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。本期將著重介紹SMU的各種基礎(chǔ)應(yīng)用方案。

用作基準(zhǔn)電流電壓源及任意波形發(fā)生器

SMU的GS系列產(chǎn)品基本精度最高可達(dá)0.016%，溫度系數(shù)最高可達(dá)±0.0008%，除了可用作直流基準(zhǔn)電流電壓源外，GS610、 GS820還具有脈沖發(fā)生模式，可以用作脈沖電流電壓源。進(jìn)行掃描輸出時(shí)，也可以利用GS系列產(chǎn)品的編程功能，自定義輸出的波形。

使用GS200時(shí)，可以通過(guò)在編程菜單中設(shè)定好每一步的步長(zhǎng)時(shí)間Ts及間隔時(shí)間Tin，從而輸出任意波形。

其中Tin范圍：0.1s~3600s,Tr范圍：0.0s~3600s

使用GS610或GS820時(shí)，除掃描信號(hào)源電平外，還可以掃描時(shí)間和控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)任意波形的輸出。

不同發(fā)生模式下各掃描模式輸出示意圖；各個(gè)模式下輸出電平的最小變化間隔為100us，最小輸出電平變化值為1uV

二次電池的充放電特性測(cè)試

GS610的通道由恒壓源、恒流源、電壓計(jì)、電流計(jì)構(gòu)成，每項(xiàng)功能都能單獨(dú)運(yùn)行，也可以通過(guò)組合實(shí)現(xiàn)多種模式運(yùn)行；其最大輸出電壓可達(dá)110V，最大輸出電流可達(dá)3.2A。這些特點(diǎn)使得GS610可以模擬鋰電池、鎳氫電池等二次電池的充放電動(dòng)作，過(guò)程如下：

快速充電時(shí)，使用2C~5C（電池容量的2~5倍）的大電流進(jìn)行恒定電流充電；當(dāng)電池電壓達(dá)到規(guī)定值以上時(shí)切換到恒電壓輸出進(jìn)行充電。恒電壓充電時(shí)電流逐漸減小，到規(guī)定值以下時(shí)停止充電。充電過(guò)程中電流電壓的變化曲線如下圖所示：

使用GS610可以在恒電流/恒電壓充電時(shí)同步測(cè)量充電電壓/電流，并且連續(xù)自動(dòng)切換充電模式與測(cè)量模式。此外，GS610也可以作為負(fù)載，使用電流吸入功能實(shí)現(xiàn)恒定電流脈沖放電，由此進(jìn)行便攜式儀器的間歇工作模擬試驗(yàn)。

電源IC的功率轉(zhuǎn)換效率測(cè)量

GS820有兩個(gè)相互絕緣的模擬通道，每個(gè)通道與GS610同樣，由恒壓源VS、恒流源IS、電壓測(cè)量VM和電流測(cè)量IM組成。GS820這兩個(gè)通道獨(dú)立運(yùn)行，且可以自由組合運(yùn)行模式。利用這些特性可以方便地實(shí)現(xiàn)電源IC的效率測(cè)試。

將GS820的通道1選擇電壓輸出/電流測(cè)量模式加在IC元件的供電端作為直流電源，通道2選擇電流吸入/電壓測(cè)量模式，加在IC元件的負(fù)載端作為電子負(fù)載。通過(guò)掃描負(fù)載電流改變耗電量和供電量，并計(jì)算輸入輸出功率的比值得到效率。試驗(yàn)原理如下圖所示：

試驗(yàn)無(wú)需安裝專用軟件，可編程文件為CSV格式。使用通用辦公軟件即可編輯掃描電壓、電流，并自動(dòng)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。采用這種方式同樣可以測(cè)量DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出效率。

FET的靜態(tài)特性測(cè)試

靜態(tài)特性是半導(dǎo)體的重要參數(shù)，場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(xiě)FET）的直流特性中，有VGS－ID和VDS－ID特性，是代表FET的輸入和輸出關(guān)系的基本特性。FET的靜態(tài)測(cè)試需要半導(dǎo)體參數(shù)分析儀等專用設(shè)備以及電壓源、電流計(jì)等多種測(cè)量設(shè)備。而通過(guò)使用GS820的可編程掃描功能，即可輕松實(shí)現(xiàn)三端半導(dǎo)體器件的靜態(tài)特性的測(cè)量與分析。 

使用GS820的通道1輸出柵源電壓Vgs，通道2輸出漏源電壓Vds同時(shí)測(cè)量漏電流，并自動(dòng)生成記錄文件。試驗(yàn)示意圖如下所示：

使用表格軟件編輯掃描文件，通過(guò)USB連接直接放入GS820的存儲(chǔ)器，GS820即可讀取設(shè)置的參數(shù)并掃描輸出，并自動(dòng)返回測(cè)量結(jié)果。