利用大功率數字源表構建多源測量單元（SMU）系統-連載六

大電流測試的潛在危險之一是火災或或燒傷危險。在大電流測試期間，要使待測器件處于封閉狀態(tài)，這樣，即使器件出現故障，也可以使用戶(hù)免遭火災或飛濺物體的傷害。

觸電危險是高壓測試的潛在危險之一。如果儀器（或器件）能夠輸出42V以上的直流電壓，那么隨時(shí)都存在觸電危險。正確的測試系統配置必須包括保護操作人員和未受訓練用戶(hù)免遭觸電危險的裝置。

上電后，用戶(hù)應當無(wú)法接入內部有高壓的系統。安全互鎖是限制接入的一種裝置。吉時(shí)利的所有現代源測量單元（SMU）都包括互鎖裝置，因此，只有當互鎖線(xiàn)路工作時(shí)，才會(huì )啟動(dòng)大功率?；ユi旨在與每個(gè)系統接入點(diǎn)的常開(kāi)開(kāi)關(guān)一起使用。當使用多個(gè)具有觸電危險的儀器時(shí)，要將這些儀器連接在一起，這樣，如果系統接入點(diǎn)開(kāi)啟，所有儀器的輸出都被禁用。當遇到多個(gè)接入點(diǎn)時(shí)，每個(gè)接入點(diǎn)都需要單獨的開(kāi)關(guān)，而且所有這些開(kāi)關(guān)都應當串聯(lián)。具體說(shuō)明參見(jiàn)圖1。

所有儀器的5V電源都是組合的，從外部通過(guò)開(kāi)關(guān)連接，并用于啟動(dòng)互鎖。當使用多個(gè)源測量單元（SMU）的5V電源時(shí)，可以使用肖特基二極管，以防止每個(gè)源測量單元（SMU）的5V電源彼此后驅動(dòng)。肖特基二極管是首選，因為它們具有較低的正向電壓；因此，它們不太可能影響啟動(dòng)互鎖線(xiàn)路所需的電壓。

根據測試設置中源測量單元（SMU）的數量，一個(gè)源測量單元（SMU）的5V電源可能驅動(dòng)系統中另一個(gè)源測量單元（SMU）的互鎖線(xiàn)路。為此，要核對儀器指標中的安全互鎖引腳，以確定驅動(dòng)每個(gè)源測量單元（SMU）互鎖引腳所需的電流大小。此外，還要核對5V電源引腳指標，以確定其電流容量。作為選擇，可以使用外部電源來(lái)驅動(dòng)源測量單元（SMU）的互鎖線(xiàn)路。

圖 1 一個(gè)具有多個(gè)接入點(diǎn)的系統連接多個(gè)源測量單元（SMU）時(shí)的配置

除了操作人員的安全，保護系統測試儀器安全也很重要。要認真考慮器件故障的可能影響。圖2給出N-溝道FET在漏極-源極擊穿電壓附近進(jìn)行關(guān)閉狀態(tài)漏電流測試的常見(jiàn)配置。在門(mén)極端電壓較低的源測量單元（SMU），確保器件處于關(guān)閉狀態(tài)。在源極端電壓較低的源測量單元（SMU）將對源端電流進(jìn)行直接測量。不過(guò)，如果在漏極-源極之間出現意外擊穿，那么3kV的源測量單元（SMU）有可能損壞200V的源測量單元（SMU）。在門(mén)極和漏極之間也存在著(zhù)同樣的受損可能。

圖 2 在器件擊穿或故障情況下，2657A型源測量單元（SMU）有可能損壞任何一個(gè)2636A型源測量單元（SMU）

為了在器件擊穿或器件故障情況下保護耐壓較低的源測量單元（SMU），可以使用過(guò)壓保護器件。在正常情況下，過(guò)壓保護器件應當不會(huì )給測試電路帶來(lái)什么影響，但遇到過(guò)壓情況時(shí)，將對電壓進(jìn)行嵌位。吉時(shí)利2657A-PM-200型200V保護模塊，可以用于包含2657A型以及電壓較低源測量單元（SMU）的測試系統。在過(guò)壓情況下，該保護模塊將在微秒之內將外部高壓源嵌位在2V左右。在非嵌位情況下，在較低電壓的源測量單元（SMU）中將保持皮安級電流源和測量能力。[1]

當器件故障致使儀器遭受大電流時(shí)，也可能造成儀器損壞。要確保所有接入端的儀器都能夠處置器件端口正常出現的電流。為了限制器件故障導致較大電流而帶來(lái)的儀器損壞，要使用串聯(lián)電阻器限制通過(guò)任意儀器的最大電流。在擊穿電壓或漏電流特性分析期間，用戶(hù)必須小心限制通過(guò)器件的電流大小，這樣，才能保證測試不是破壞性的。雖然源測量單元（SMU）具有設定的電流限制，但在對負載變化做出響應時(shí)，這些主動(dòng)限制會(huì )耗費一定的時(shí)間(所謂的“瞬態(tài)響應時(shí)間”)。當負載阻抗變化非常迅速時(shí)，可能出現超出設定限制的電流。增加串聯(lián)電阻，可以迫使該端口在瞬態(tài)條件下也能保持最大電流的平穩。

要保證選擇滿(mǎn)足測試系統最大電流、最大電壓和最大功率額定值的電阻器。這種電阻器一般將起到兩個(gè)作用。在晶體管開(kāi)啟狀態(tài)特性分析期間，通常以與門(mén)極串聯(lián)的方式添加電阻，從而使高增益器件中常見(jiàn)的門(mén)極電壓振鈴和振動(dòng)達到最小。此外，在晶體管關(guān)閉狀態(tài)特性分析中，通常利用電阻器來(lái)限制擊穿期間流過(guò)的最大電流，防止過(guò)早的器件故障。