选择模块化源测量单元(SMU)的几大测量考虑

1. IV范围

针对设备选用具有适当电压电流范围的源测量单元(SMU)对于应用的成功至关重要。IV范围通常由图1中象限图来表示，它指的是SMU可以拉或灌的电压和电流值。拉和灌这两个词描述的是设备的功率流入和流出。拉电流的设备可为负载提供电流，而灌电流的设备就像一个负载，被动吸收流入的电流，且可为电流提供返回路径。

图 1.四个象限区域表示设备拉灌的电流或电压值

在上面的象限图中，I和III象限代表设备处于拉电流状态，而象限II和IV代表设备处于灌电流状态。在象限I和III内均能够拉电流的设备有时也称其具有两极性，因为这些设备能够既能产生正电压和电流，也能产生负电压和电流。“四象限SMU”这个词通常用语描述可拉灌电流的双极SMU。

例如，NI PXI-4132四象限SMU的最大电压输出是100 V，最大电流输出是100 mA；但是，它不能同时输出100 V的电压和100 mA的电流。在这种情况下，象限图就提供了所需的信息，帮助您轻松地确定SMU可以提供或灌入的最大电压和电流组合。仅仅是简单地列出具有多个量程的SMU的最大电压和电流并无法为您提供足够的信息来确定该仪器是否符合设备的IV要求。

图 2.NI PXI-4132 IV 范围

表1 归纳了每种NI电源和SMU设备每个通道的输入输出能力。

表1. NI仪器产品每个通道的输入输出能力

2. 精确度

电源或SMU的测量分辨率是指电压或电流测量中硬件可以检测到的最小变化。电源或SMU输出通道的输出分辨率是指输出电压或电流电平的最小可能变化。这些测量通常以绝对单位表示，比如nV 或pA。分辨率通常是由测量所使用的模数转换器(ADC)决定，但高精度SMU通常受限于噪声等其他因素。

灵敏度是指仪器在规定的条件下能够检测到且有意义的给定参数的最小单位。这个单位通常等于电源或SMU最小量程内的测量分辨率。

一般情况下，应该使用SMU的最小量程才能获得最佳精度。该信息可在仪器的规范手册中找到。以下是一个例子：

表 2.NI PXIe-4139电流编程和测量精确度/分辨率

3. 源测量准确度

电源或SMU的测量或输出电平与实际或要求的值可能会有所不同。准确度表示的是一定测量或输出电平下的不确定度，也可以指与理想传递函数的偏差，如下所示：

y=mx+b

其中m是指系统的理想增益

x是指系统的输入

b是指系统的偏置

y 是系统的输出

该公式用于电源或SMU信号测量时，y是指设备的输出读数值，其中x作为输入，b为偏置误差，可在测量之前将其归零。如果m为 1，b为0, 则输出测量值等于输入值。如果m为 1.0001,则测量结果与理想值的偏差是0.01%。

对于大多数高分辨率、高准确度电源与SMU，准确度是指偏置误差和增益误差的组合。这两种误差相加可用于确定特定测量的总体准确度。 NI电源与SMU通常以绝对单位（例如mV或μA）来表示偏置误差，而增益误差通常是读数或请求值的百分比。

SMU的典型源测量准确度等于或低于所设定输出的0.1％。每个NI SMU仪器的规范手册中均有提供这些信息。

表 3.NI PXIe-4139的电压编程和测量准确度/分辨率

4. 测量速度

测量采集窗口或孔径时间会直接影响测量速度和精确度。某些SMU可修改仪器的孔径时间，使您能够灵活地扩展高精确度测量的采集窗口，或者减小高速采集的窗口。扩展测量孔径可让仪器有更多的时间进行采样和平均，从而降低测量噪声和提高分辨率。下图显示了在不同的电流范围下测量噪声与孔径时间之间的函数关系。

图 3.测量噪声与孔径时间的函数关系图

为了实现高精确度测量，使用的孔径时间必须既能够提供适当分辨率，同时仍可最大限度地减少整体测试时间。相反，对于精确度较低的测量或者对线路或负载瞬态等信号进行数字化时，应该使用较小的孔径时间。例如，NI PXIe-4139能够以高达1.8 MS / s的速率采样，可帮助您详细研究SMU输出的瞬态特性。取决于电流范围，当噪声为1 nA – 10mA时测量速度可达到1.8 MS / s。

5. 源更新率

SMU的更