具有保护驱动电路的源测量单元制造技术

一种测试和测量设备，包括源，其被配置为输出源信号；源输出，其被配置为将所述源信号输出到连接的线缆；保护驱动电路，其电耦合到所述源并被配置为接收所述源信号并生成保护驱动信号，所述保护驱动电路具有小于一的增益；以及保护驱动电路输出，其被配置为将所述保护驱动信号输出到连接的保护装置。

Source measurement unit with protection driving circuit

【技术实现步骤摘要】
具有保护驱动电路的源测量单元
所公开技术的实施例一般涉及电气测试和测量仪器，并且特别地涉及用于保护电气组件免受不想要的电流影响的设备和方法。
技术介绍
保护是几乎任何低电流测量的重要方面。电气仪器制造商通常采用许多常规技术中的任何技术来将期望测量的阻抗与不是所需测量的一部分的所有电流和阻抗隔离。保护本质上是屏蔽的特殊情况，以通过防止耦合到测量引线来防止噪声或不想要的电流成为测量的一部分。此外，保护防止直流（DC）以及理想地交流（AC）正常模式电流电耦合到测量端子。在常规电气测试和测量系统中，通常通过测试和测量设备将保护装置（guard）驱动到与测量端子完全相同的电压。该保护装置应该在测量端子周围的所有位置处存在，除了直接在预期的测量处之外。然而，在将保护装置驱动到与测量端子相同电压的过程中出现若干问题。例如，存在从保护放大器到测量端子的反馈路径，所述测量端子是保护放大器的输入。因为该放大器具有反馈路径，所以需要维持频率稳定性，但是这样做的常规尝试不期望地改变电路相位特性。常规系统一般涉及添加与保护驱动电路的保护放大器串联的电阻以提供频率稳定性，但是这严重削弱了保护装置作为屏蔽的有用性。另外，这样的系统允许保护电压在瞬变条件下从测量节点电压偏离，例如由于串联保护电阻而导致的，并且因此对于通常的快速低电流测量系统是不足的。低电流测量需要某种技术来管理或控制哪些电流或阻抗被测量，以及哪些电流被排除。即使保护驱动电路的保护放大器可以返回到稳定的操作，假如电阻足够大，这也是以保护装置带宽以及较高阻抗的保护装置输出为代价，并且保护装置将滞后于测量端子，允许受保护的电介质在瞬变期间充电和放电。而且，一般具有更多要充电的电介质的较长线缆将不期望地看到慢保护响应以及稳定时间，这是不可接受的性能。因此，仍然存在对于用于与电气测试和测量装备集成的保护驱动电路的改进技术的需要。附图说明图1图示了实现保护驱动电路的电气测试和测量设备的示例。图2A图示了根据所公开技术的某些实施方式的电气测试和测量设备的第一示例。图2B是图示了由图2A图示的电气测试和测量设备的频率响应的伯德图（Bodeplot）的示例。图3A图示了根据所公开技术的某些实施方式的电气测试和测量设备的第二示例。图3B是图示了由图3A图示的电气测试和测量设备的频率响应的伯德图（Bodeplot）的示例。图4是可以并入图2A和图3A的电气测试和测量设备二者任一的测试系统的示例。具体实施方式诸如物联网（IoT）之类的许多新兴市场的应用需要更快的低电流测量。IoT产品需要认真关注功耗，因为电池操作、低功耗、任务关键型设备比以往任何时候都多。保护技术使得能够实现线缆输出的低电流测量。其它应用（诸如半导体工业中的参数测试）在来到电气测试和测量速度以及吞吐量时变得要求更多。参数测试市场一般要求增加的吞吐量，其意味着必须减少对于所有测量的测试时间，尤其是对于低电流测试，其通常占用设备测试时间的大部分。所公开技术的实施例一般针对电气测试和测量设备，所述电气测试和测量设备被设计为以不需要诸如在常规系统中所使用的较低带宽保护驱动电路的方式解决频率不稳定性问题。与通常通过控制相位来寻址耦合路径的常规系统不同，所公开技术的实施例一般包括移除一些耦合路径并提供小于1.00（即小于单位增益）的保护驱动电路增益，以稳定剩余的耦合路径。在这样的实施例中，信号与测量同相。如果保护驱动电路具有不足的增益，其将永远不会振荡。图1图示了实现保护驱动电路的电气测试和测量系统100的示例。测量系统100包括源测量单元（SMU）110和被测试设备（DUT）102，所述源测量单元（SMU）110具有被底盘120、仪器屏蔽130以及保护装置150屏蔽的源、电阻器118和地119，所述源可以是电流源115和/或电压源117。SMU110包括保护放大器112，其通过电阻器114连接到保护装置150。取决于保护装置150是否具有到地119的耦合，该电阻器表现得有些不同。然而，在二者任一情况下，保护放大器112以保护装置150带宽以及较高阻抗保护装置150为代价返回到稳定的操作。因而，保护装置150现在滞后于测量端子116，允许受保护的电介质在瞬变期间充电和放电。另外，经常针对预期的最大线缆长度选择电阻器114的值。较长的线缆将看到最低的保护响应以及最慢的稳定时间。也就是说，在通路中具有最长线缆以及开关的参数的测试环境针对低电流测量通常需要大约10秒（s）以稳定到数百毫微微安（fA）水平，这对于许多应用来说是不可接受的性能。随着时间的推移，保护装置150最终确实返回到正确的电压，并且实际测量确实为DC误差拒绝所有阻抗以及泄漏电流。图2A图示了根据所公开技术的某些实施方式的电气测试和测量设备200的第一示例，其不像图1的电气测试和测量系统一样在带宽上受到限制。电气测试和测量设备200可以是例如源测量单元（SMU）。源测量单元是一种类型的电气测试和测量设备，其能够向被测试设备（DUT）提供（sourcing）电压信号并且测量来自DUT的所得到的电流信号，和/或向被测试设备（DUT）提供电流信号并且测量来自DUT的所得到的电压信号。如本领域技术人员将理解的，测试和测量设备200可以包括在图2A中没有图示的附加组件。如在图2A中图示的，电气测试和测量设备200可以通过端口204和206连接到DUT（未示出）。端口204和206可以被配置为接收线缆，诸如同轴或三轴的线缆，以在电气测试和测量设备200和DUT之间承载信号。电气测试和测量设备200可以包括源（例如，电流源215和/或电压源217），其被配置为通过连接到端口204的线缆在第一信号线208上将源信号输出到DUT。源信号通过第一信号线208以及连接的线缆被发送到DUT。源信号然后传播通过DUT，并且第二线缆从DUT连接到端口206到第二信号线209，所述第二信号线209连接到地219，使得源信号流过DUT以允许来自DUT的信号被电气测试和测量设备200测量。电气测试和测量设备200可以包括保护驱动电路250，其可以包括第一运算放大器（op-amp）212、衰减器电路211以及第二运算放大器221。电气测试和测量设备200还可以包括第一电阻器214，其电耦合在源215和/或217以及第一运算放大器212之间。第一电阻器214是感测电阻器，其在连接到DUT时可以被电气测试和测量设备200用来测量系统中的电流。衰减器电路211电耦合在第一运算放大器212和第二运算放大器221之间。例如，衰减器电路211可以是电阻分压器，其包括电耦合在第一运算放大器212和第二运算放大器221之间的第二电阻器222，以及电耦合在第二运算放大器221和地219之间的第三电阻器223。电阻器222和223的值可以被选择成使得衰减器电路211被配置为减小来自第一运算放大器的信号输出的幅度，以使得到第二运算放大器的信号输入以及第一运算放大器的信号输出的幅度之间的比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测试和测量设备，包括：/n源，其被配置为输出源信号；/n源输出，其被配置为将所述源信号输出到连接的线缆；/n保护驱动电路，其电耦合到所述源并被配置为接收所述源信号以及生成保护驱动信号，所述保护驱动电路具有小于一的增益；以及/n保护驱动电路输出，其被配置为将所述保护驱动信号输出到连接的保护装置。/n

【技术特征摘要】
20181001 US 16/1484631.一种测试和测量设备，包括：
源，其被配置为输出源信号；
源输出，其被配置为将所述源信号输出到连接的线缆；
保护驱动电路，其电耦合到所述源并被配置为接收所述源信号以及生成保护驱动信号，所述保护驱动电路具有小于一的增益；以及
保护驱动电路输出，其被配置为将所述保护驱动信号输出到连接的保护装置。


2.根据权利要求1所述的测试和测量设备，其中所述保护驱动电路包括：
第一运算放大器，其电耦合到所述源并被配置为接收所述源信号以及基于所述源信号输出信号；
衰减器电路，其电耦合到所述第一运算放大器并被配置为从所述第一运算放大器接收信号并减小从所述第一运算放大器接收的信号的增益；以及
第二运算放大器，其电耦合到所述衰减器电路并被配置为从所述衰减器电路接收信号并输出所述保护驱动信号。


3.根据权利要求2所述的测试和测量设备，其中所述衰减器电路包括电阻分压器。


4.根据权利要求3所述的测试和测量设备，其中所述电阻分压器包括：
第一电阻器，其电耦合在第一运算放大器和第二运算放大器之间；以及
第二电阻器，其电耦合在第二运算放大器和地之间。


5.根据权利要求3所述的测试和测量设备，其中所述电阻分压器包括：
第一电阻器，其电耦合在第一运算放大器和第二运算放大器之间；以及
第二电阻器，其电耦合在第二运算放大器和源之间。


6.根据权利要求1所述的测试和测量设备，其中所述保护驱动信号与所述源信号同相地输出。


7.根据权利要求1所述的测试和测量设备，其中所述源是电流源或电压源。


8.根据权利要求1所述的测试和测量设备，其中所述测试和测量设备是源测量单元，SMU。


9.根据权利要求2所述的测试和测量设备，其中所述第一运算放大器和第二运算放大器均具有100%负反馈。


10.一种用于驱动连接到测试和测量仪器的线缆的保护装置的方法，包括：
生成源信号；
将所述源信号输出到被配置为连接到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA尼曼，WC格克，
申请(专利权)人：基思利仪器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US