数字回路双级源测量单元制造技术

一种双级源测量单元(SMU)具有：用户界面，允许用户输入一个或多个目标值；至少两个端子，耦合到测试中设备(DUT)；电流回路，具有电流数字控制回路(DCL)、电流数模转换器(DAC)、感测电阻器、电流模数转换器(ADC)和公共ADC，所述电流DCL接收来自所述电流ADC的输入、来自所述公共ADC的输入、以及针对所述输出电流的目标值，并控制第一输出级以产生所述输出电流；以及电压回路，具有电压DCL、电压DAC、电压ADC和所述公共ADC，所述电压DCL接收来自所述电压ADC的输入、来自所述公共ADC的输入、以及针对所述输出电压的目标值，并控制第二输出级以产生所述输出电压。以产生所述输出电压。以产生所述输出电压。

【技术实现步骤摘要】
数字回路双级源测量单元
[0001]相关申请的交叉引用本公开要求于2022年3月17日提交的、名称为“DIGITAL LOOP DUAL
‑
STAGE SOURCE MEASUREMENT UNIT”的美国临时申请No.63/321,068的权益，该美国临时申请的公开内容以其全文通过引用并入本文。


[0002]本公开涉及测试和测量仪器，且更具体地涉及源测量单元(SMU)。

技术介绍

[0003]源测量单元(SMU)仪器精确地源发(source)电压或电流到测试中设备(DUT)，且同时测量电压和/或电流。一般地，存在两种类型的SMU：单级SMU和双级SMU。在单输出级设计中，输出级递送跨负载和感测电阻器R
sense
的电压。许多情况下的负载包括测试中设备(DUT)，并且负载的包括电阻的尺寸是未知的。感测电阻器允许SMU被用于测量或强制电流。
[0004]一些单级SMU与数字控制回路一起操作，如图1中所示。数字控制回路一般涉及某种类型的可编程控制电路，并将电压或电流设定到目标设定点。模数转换器(ADC)测量输出电压和电流，并且数字控制回路驱动数模转换器(DAC)，直到输出电压和/或电流达到相应期望电平。数字控制回路接收期望目标值并调整由DAC提供的电压。
[0005]双级SMU(诸如，图2中所示的双级SMU)允许在源发或测量跨负载(通常是DUT)的电压或跨感测电阻器的电流之间的选择。一个级递送跨感测电阻器的电压，其是通过V/R而作为电流I测量的。第二输出级递送跨负载的电压。开关一般使设备能够选择哪个级是活动的。在图2中，开关设定将产生跨负载的电压。美国专利No.7,903,008示出了该类型的SMU的示例，该美国专利的内容以其全文通过引用并入本文。
[0006]当前可用的所有已知SMU具有单个数字控制回路。它们都不使用两个数字控制回路以控制跨DUT的电压或经过DUT的电流。
附图说明
[0007]图1示出了单级数字回路SMU的示例。
[0008]图2示出了双输出级SMU的示例。
[0009]图3示出了具有两个数字控制回路的双输出SMU的实施例。
[0010]图4示出了具有两个数字控制回路的差分感测的双输出SMU的另一实施例。
具体实施方式
[0011]这里的实施例涉及使用两个数字控制回路的双级SMU。电压感测和电流感测不像在其他SMU设计中那样影响彼此。这产生于控制测试中设备(DUT)与电流感测之间的要被调节为与测量系统接地相等的电压。这移除了共模测量误差。
[0012]图3示出了具有两个数字控制回路的双级SMU的实施例。术语“数字控制回路”和
“
DCL”意指下述设备或电路：其可以从ADC接收数字，将它与目标数进行比较，并输出用于驱动数模转换器(DAC)的数字以驱动电压输出，从而重复该过程以驱动来自ADC的数字以与目标数一致。该讨论会将该设备称作处理器或控制器，意指通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或者可执行那些功能的任何其他类型的控制器。
[0013]双级SMU在其架构中具有两个电路回路。电流回路包括电流DCL、电流数模转换器(DAC)、以及由电流DCL控制的第一输出级12。电流感测级14将反馈提供给与输出电流成比例的R
S
上的电压的电流ADC。电流DCL接收三个输入：通过CP感测级来自CP
‑
ADC的公共点处的电压；来自电流ADC的输出电流；以及来自用户界面的目标电流。电流DCL控制电流DAC，以在SMU源发电流时驱动第一输出级12以源发与目标电流匹配的电流，并在SMU源发电压时驱动第一输出级以将公共点调节到0电压。
[0014]类似地，电压回路包括电压DCL、电压DAC、以及由电压DCL控制的第二输出级22。电压感测级16然后将输出电压提供给电压ADC。电压DCL接收三个输入：来自电压ADC的输出电压；通过CP感测放大器来自CP
‑
ADC的公共点处的电压；以及来自用户界面的目标电压。公共点、CP感测放大器和CP ADC是在两个回路之间共享的。电压DCL控制电压DAC，以在SMU源发电压时驱动第二输出22级以源发与目标电压匹配的电压，并在SMU源发电流时驱动第二输出级以将公共点调节到0电压。
[0015]用户通过用户界面10来录入包括目标电压数或目标电流数中的一个或全部两个的目标值。目标电压数可以是电流ADC值的函数，并且目标电流数可以是电压ADC值的函数。用户界面可以包括将用户控制装置与显示器组合的触摸屏或者具有针对输入的分离旋钮和按钮的显示器。如下面更详细讨论的那样，用户可以录入电压和电流值两者，其中一个是主要目标并且另一个是在它尝试达到主要目标时对电路操作的界限。目标值可以由作为界限的上值和下值构成。
[0016]另外，电流ADC产生表示输出电流的第一值，并且电压ADC产生表示输出电压的第二值。电流DCL和电压DCL生成控制信号，以除了调节上面讨论的一个或另一个外还调节输出电流和输出电压的指定函数。除了许多其他以外，指定函数可以是输出电流、输出电压、功率或电阻。
[0017]电压DCL通过将电压DAC驱动到使电压ADC读取目标电压的值，来强制跨第一和第二端子18和20的电压。与电压DCL将电压DAC驱动到目标电压并行，电流DCL将电流DAC驱动到使CP
‑
ADC读取0伏的值。端子18和20表示针对SMU的源端子和感测端子两者。
[0018]端子可以包括：一对端子，被配置成耦合到DUT的相应的一对节点，以将模拟输出信号传送到DUT。可替换地，端子可以包括：第一对源端子，被配置成耦合DUT的该相应的一对节点，以将模拟输出信号传送到DUT；以及第二对感测端子，耦合到电压ADC的相应输入且被配置成通过承载可忽略的电流的连接而耦合到DUT的该相应的一对节点。典型地，用户可以在SMU上选择他们是想要使用两个还是四个端子。
[0019]当输入包括目标电流而不是目标电压时，电流DCL驱动电流DAC以使电流ADC读取与从第一端子到第二端子的电流乘以感测电阻器R
S
相等的电压。并行地，电压DCL将电压DAC驱动到将使CP ADC读取0伏的值。
[0020]如上所讨论，用户将典型地输入目标电压数和目标电流数两者，其中一个或另一
个是主要并且另一个是界限。例如，用户可能想要源发10伏，但不想要通过DUT来汲取多于10毫安。随着电压向10V上升，数字控制回路提供反馈，以监视电流。如果在达到目标电压之前达到电流界限，则电压将保持在电压在电流界限处所处的无论何值处。相反，如果主要目标是在10V的界限的情况下10mA的电流，则回路将操作以驱动跨感测电阻器的电压，直到达到10mA，除非首先达到10V。
[0021]实施例的一个方面允许较低分辨率ADC作为CP
‑
ADC。因为公共点电压被调节为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双级源测量单元(SMU)，包括：用户界面，允许用户输入一个或多个目标值；至少两个端子，被配置成耦合到测试中设备(DUT)；电流回路，包括电流数字控制回路(DCL)、电流数模转换器(DAC)、感测电阻器、电流模数转换器(ADC)和公共ADC，所述电流DCL被配置成接收来自所述电流ADC的表示经过端子的输出电流的值的输入、来自所述公共ADC的表示公共点的电压的值的输入、以及针对所述输出电流的目标值，并通过所述电流DAC来控制第一输出级以产生所述输出电流；以及电压回路，包括电压DCL、电压DAC、电压ADC和所述公共ADC，所述电压DCL被配置成接收来自所述电压ADC的表示跨端子的输出电压的值的输入、来自所述公共ADC的表示所述公共点的电压的值的输入、以及针对所述输出电压的目标值，并通过所述电压DAC来控制第二输出级以产生所述输出电压。2.如权利要求1所述的双级SMU，其中当所述SMU被配置成源发电压时，所述电流DCL被配置成控制所述第一输出级以将公共点电压强制到0伏，并且所述电压DCL被配置成控制所述第二输出级以强制跨端子的目标输出电压。3.如权利要求1所述的双级SMU，其中当所述SMU被配置成源发电流时，所述电流DCL被配置成控制所述第一输出级以强制经过所述DUT的目标输出电流，并且所述电压DCL被配置成控制所述第二输出级以将公共点电压强制到0伏。4.如权利要求1所述的双级SMU，其中对所述电压ADC的输入由表示所述至少两个端子之间的差分电压的信号来驱动。5.如权利要求1所述的双级SMU，其中第一输出级输出通过所述感测电阻器驱动到所述至少两个端子中的第一个。6.如权利要求1所述的双级SMU，其中对所述电流ADC的输入由表示跨所述感测电阻器的差分电压的信号来驱动。7.如权利要求5所述的双级SMU，其中所述第二输出级驱动所述至少两个端子中的第二个。8.如权利要求1所述的双级SMU，其中所述至少两个端子包括第一对端子和第二对端子，其中所述第一对端子是源端子，被配置成耦合到所述DUT的一对节点以将所述输出电流和输出电压传送到所述DUT，并且所述第二对端子是感测端子，耦合到所述电压ADC且被配置成通过承载可忽略的电流的连接而耦合到所述DUT的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
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：