分析系統優(yōu)化小電流測量（上）

圖3. Append按鈕

圖4. 整個(gè)測試系統的偏移電流測量

在生成電流-時(shí)間圖形時(shí)施加一個(gè)測試電壓，重復該項測試，確定測量電路中的漏泄電流。在DUT的實(shí)際測量中，使用的是測試電壓，而非零偏壓?，F在，將測量并繪制測試夾具和電纜中的任何漏流。如果漏流太高，可對測量電路進(jìn)行調節，減小漏流。關(guān)于減小漏流的方法信息，請參見(jiàn)本文“漏流和保護”部分。

IV測量誤差源及減小誤差的方法
確定了電流偏移、漏流及所有不穩定性后，采取措施減小測量誤差將有助于提高測量準確度。這些誤差源包括建立時(shí)間不足、靜電干擾、漏泄電流、摩擦效應、壓電效應、污染、濕度、接地環(huán)路，以及源阻抗。圖5中匯總了本節討論的部分電流的幅值。

圖5. 產(chǎn)生電流的典型幅值

建立時(shí)間和定時(shí)菜單設置
測量電路的建立時(shí)間在測量小電流和高電阻時(shí)尤其重要。建立時(shí)間是指施加或改變電流或電壓后測量達到穩定的時(shí)間。影響測量電路建立時(shí)間的因素包括并聯(lián)電容(CSHUNT)和源電阻(RS)。并聯(lián)電容是由于連接電纜、測試夾具、開(kāi)關(guān)和探針造成的。DUT的源電阻越高，建立時(shí)間越長(cháng)。圖6的測量電路中標出了并聯(lián)電容和源電阻。

圖6. 包含CSHUNT和RS的SMU測量電路

建立時(shí)間是RC時(shí)間常數τ的結果，其中：
τ = R_SCSHUNT
以下為計算建立時(shí)間的一個(gè)例子，假設 C_SHUNT = 10pF，R_S = 1TΩ，那么：
τ = 10pF × 1TΩ = 10s
因此，讀數穩定至最終值的1%所需的建立時(shí)間為τ的5倍，也就是50秒。圖7所示為RC電路的階躍電壓指數響應。經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間常數(τ = RC)后，電壓上升至最終值的63%。

圖7. RC電路的階躍電壓指數響應

為了成功測量小電流，重要的是每次測量留有足夠的時(shí)間，尤其是掃描電壓時(shí)。對于掃描模式，可在“ Sweep Delay”(掃描延遲)域的“Timing”(定時(shí))菜單中添加建立時(shí)間；對于采樣模式，則在“Interval time”域內。為了確定需要增加多長(cháng)間隔時(shí)間，通過(guò)繪制電流-時(shí)間圖，測量DUT穩定至某個(gè)階躍電壓的建立時(shí)間。階躍電壓應該是DUT實(shí)際測量中使用的偏執電壓?？衫肔owCurrent項目中的ITM測量建立時(shí)間。應適當增加“Timing”(定時(shí))菜單中的“#Samples”，以確保穩定后的讀數顯示在圖形中。在測量小電流時(shí)，采用“Quiet Speed Mode”或在“Timing”菜單中增加額外濾波。請注意，這是噪聲和速度之間的平衡。濾波和延遲越大，噪聲越小，但是測量速度也越小。

V電磁干擾和屏蔽
當帶電物體接近被測電路時(shí)，會(huì )發(fā)生靜電耦合或干擾。低阻抗時(shí)，由于電荷消失很快，所以干擾的影響不明顯。然而，高電阻材料不會(huì )使電荷快速衰減，則會(huì )造成測量不穩定、噪聲很大。通常情況下，當被測電流≤1nA或者被測電阻≥1GΩ時(shí)，靜電干擾就會(huì )成為問(wèn)題。

為了減小靜電場(chǎng)影響，被測電路可被密封在一個(gè)靜電屏內。圖8所示為非屏蔽和屏蔽測量一個(gè)100GΩ電阻之間的巨大差異。非屏蔽測量比屏蔽測量時(shí)的噪聲要大得多。

圖8. 100GΩ電阻的屏蔽和非屏蔽測量的比較

屏蔽可以?xún)H僅是一個(gè)將測試電路包圍起來(lái)的簡(jiǎn)單金屬盒或金屬網(wǎng)。商業(yè)探針臺往往將敏感電路密封在一個(gè)靜電屏蔽內。屏蔽被連接至測量電路LO端子，該端子不一定接地。對于4200-SCS來(lái)說(shuō)，屏蔽連接至Force LO端子，如圖9所示。

圖9. 屏蔽高阻器件

采取以下步驟將靜電耦合導致誤的差電流降至最?。?br /> •屏蔽DUT，并將屏蔽層在電氣上連接至測試電路公共端——4200-SCS的Force LO端子。
•使所有帶電物體(包括人員)和導體遠離電路的敏感區域。
•測試區域附近避免移動(dòng)和振動(dòng)。

VI漏流和保護I
漏流是施加電壓時(shí)通過(guò)(泄露)電阻的誤差電流。當DUT的阻抗與測試電路中絕緣體的阻抗相當時(shí)，該誤差電流就會(huì )成為問(wèn)題。為減小漏流，在測試電流中采用高質(zhì)量的絕緣體、降低測試實(shí)驗室的濕度，并采用保護。

保護是由一個(gè)低阻源驅動(dòng)的導體，其輸出為或接近高阻端子的電勢。保護端子用于保護測試夾具和電纜絕緣電阻和電容。保護是三軸連接器/電纜的芯屏蔽，如圖10所示。

圖10. 4200三軸連接器/電纜的導體