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如何选择数字源表

浏览次数:316发布日期:2021-01-21
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在这篇文章中我们将介绍如何选择符合自己要求的数字源表。
 
总体来说,选择源表有以下几个指标值得重视:
 
1.源的输出范围
 
这个输出范围包括电流输出范围和电压输出范围。
 
例如:
KEITHLEY2450:其电流输出大范围为1A,电压输出大范围为200V。
 
KEITHLEY2460:其电流输出大范围为7A,电压输出大范围为105V。
 
在这里请注意:由于源表有总功率的限制,其输出不能同时达到电流输出和电压输出的大值,而是在不同的区间,其输出范围有不同的限制,在描述源表的输出范围时,经常用到的一种图叫功率包络图,下图就是KEITHLEY 2460的功率包络图:
 
我们从这张图可以看到,虽然2460的大电压可以达到105V,大电流可以达到7A,但当电压输出在不同的区间的时候,其电流大值是分段的,例如:当电压输出值超过20V后,大电流只能是1A以内。
 
因此我们在选购源表的时候,一定要考虑到需要测量的样品器件的电流电压的大范围,然后参考仪器的参数手册,看是否符合要求。
 
2.测量的精度
 
这里测量的精度包含了电流测量精度和电压测量精度。
 
在实践当中,用户关心更多的是电流的测量精度,同样值得注意的是源表的测量精度也是分量程的,并不是全范围的测量精度都是一样,例如在1uA范围内的量程其测量精度比1mA,10mA要高很多。
 
用户常常混淆的一个概念是量程和测量精度的关系,量程是一个档位的概念,相当于在这个挡位测量的大值、而测量精度是在该量程内测量的分辨率及准确度,我们举个例子:例如一个称重的仪器,100克是它的一个挡位,也就是说在这个挡位,它大能称重100克的物体,但测量精度根据精密程度可能是准确到1微克,1毫克等等。
 
具体的测量精度就可以参考每种型号的Datasheet(数据表)。
 
3.通道数
 
一般情况下的源表只有一个通道,也就是只有一路测量及输出通道,虽然有的源表有前后两个面板,但在使用的时候只能选择某一个面板输出。
 
单通道的源表包括:2400系列、2450系列、2600A/B系列中的以奇数为结尾的型号(例如2601B、2611B、2635B)。
 
双通道的源表可以理解为两个单通道的源表集成在了一起,这样一台双通道的源表就可以直接测试三端器件,以下就是一个双通道源表和FET器件的连接图:
 
SMUA和SMUB的LO接到器件的源极,然后一个SMU的HI接到栅极、另外一个SMU的HI接到漏极。
 
还有一些用户认为四线法测量需要双通道的源表才能完成,实际上任何一款单通道的源表都直接支持4线法的测量,跟双通道没有任何关系(我们在以后会介绍四线制的测量原理)。
 
 
4.测量的速度(采样率)
 
除了精度和测量范围之外,测量的速度是用户关心的问题了,我们经常会听到用户这么问:这款表一秒钟能采多少个点?指标上明明写着每秒能采XXX个点,怎么实际上一秒钟才几个点,相差几十倍?
 
首先从硬件的硬性指标上,由于采用A/D技术的不同 诞生较早的KEITHLEY2400系列源表的采样率要远远小于比较新的KEITHLEY2450系列及2600B系列源表。
 
其次,采样率不是一个固定的数值、它受到很多因素的影响,其中有以下几个主要因素:
 
NPLC(积分周期):这个值越大,测量的精度和稳定性越好,但测量的速度越慢。
 
测量信号的大小及量程:固定量程比自动量程要快,在自动量程的情况下,如果测量电流信号很小(尤其是在光电器件的暗电流的时候),其采样速度会大幅下降。
 
采用的通讯接口:RS232慢,GPIB、LAN、USB快(KEITHLEY2400只支持GPIB和RS232接口,2450系列和2600B系列支持GPIB,LAN和USB接口)。
 
其它因素:如自动调零等。
 
那么为什么仪器Datasheet标称的XXX点/秒和我实测的速度相差那么大呢?仪器标称的大采样率一般是指的极限采样率(使用快的接口、NPLC调到小、精度降低、关掉一切显示、使用缓冲区等等),这种测试条件和实际做实验时的条件是不同的。
 
 
5.是否支持脉冲输出
 
在有些器件IV测试中,为了避免器件发热影响测试,需要进行脉冲方式的测量,这个脉冲输出是指的仪器硬件原生支持脉冲功能,所谓用软件模拟的方式实现不属于原生脉冲功能。
 
 
6.测试夹具及通讯接口
 
额外的成本包括(但不限于)以下几个方面
 
测试夹具接口及配置:香蕉头、排线、三同轴接口。
 
通讯线:KEITHLEY2400系列不带计算机通讯线,用户需另外购买GPIB线(约几千一根)或者RS232(便宜、但速度比GPIB慢)。
 
        KETITHLEY2450系列自带USB和LAN通讯线。
 
  KEITHLEY2600B系列自带LAN通讯线。
 
 
7.测量软件
 
测量软件是用于控制源表进行各种功能测量(例如:IT,VT,IV等),源表能否发挥出大的效应,测量软件十分重要,举例来说:假如源表是一个价格高昂的乐器,那么不同的测量软件就相当于不同水平的演奏家,只有好的演奏家才能发挥出乐器的特性。
 
下图是ACurveTracer软件针对2450所封装的一些测量模块:
 
 
在以后的文章里,我们将介绍如何用软件控制源表进行不同的测试,敬请关注。
 
 
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