利用大功率數(shù)字源表構(gòu)建多源測量單元（SMU）系統(tǒng)-連載四

確保測試期間使用的電纜符合測試系統(tǒng)最大電壓額定值。在功率器件關閉狀態(tài)特性分析期間經(jīng)常遇到高壓、低電流測試，要使用能夠?qū)崿F(xiàn)這類測試所需性能的電纜。

在高壓測試時，要保證充分絕緣，并使漏電流和系統(tǒng)電容帶來的影響最小化。

適當絕緣

使用電纜的耐壓額定值至少是測試系統(tǒng)電壓的最大值。為了實現(xiàn)低電流測量，要在測試夾具中使用高質(zhì)量絕緣體。絕緣電阻與待測器件電阻并聯(lián)，將帶來測量誤差(參見圖1)。利用2657A型源測量單元（SMU），在測試電路中可能出現(xiàn)高達3kV電壓，因此，相對于測得的通過待測器件的電流，通過這些絕緣體產(chǎn)生的電流就較大。為了得到良好的測量結(jié)果，要確保絕緣電阻比待測器件電阻高幾個數(shù)量級。

圖 1 絕緣體中產(chǎn)生的電流影響待測器件電流的測量。為了實現(xiàn)測量誤差最小化，要確保絕緣體電阻(RL)比待測器件電阻(RDUT)高得多。

漏電流與系統(tǒng)電容

使用保護可以把測試電路中絕緣體的影響降到最低。保護是強制將電路中的一個低阻節(jié)點與高阻輸入端節(jié)點近似等電位的一種技術。在圖1中，即使采用高質(zhì)量絕緣體，但來自絕緣體的電流泄漏仍然存在。當測量電流在納安范圍時，這種泄露就可能帶來問題。請注意保護是如何改進測量的，參見圖2。漏電流將通過高阻測量節(jié)點(HI)流出，因此，測量中不包括漏電流。

圖 2 利用保護可以使電路中絕緣體電壓降低為接近0V，從而減少漏電流。測量中出現(xiàn)的任何剩余的泄露都將通過高阻測量節(jié)點流出。

由于保護端與高阻端處于同一電位，保護電壓就是危險電壓。因此，要使用三軸電纜布防保護電路，并保護操作人員免遭觸電危險。在三軸電纜中，高阻端與中心導體連接，內(nèi)部屏蔽層為保護，外部屏蔽層接地。圖3給出三軸電纜截面示意圖。

保護還可以使系統(tǒng)電容的影響降到最低。系統(tǒng)電容影響電壓源的建立和電流測量。測試設置必須允許以等于或低于預期的器件測量本底噪聲對電容充電和建立電流。這些設置的高阻特性必將導致較長的建立時間。圖3說明保護如何降低電纜電容的影響。常見的三軸電纜電容大約是40pF/英尺。對于一根兩、三米長的電纜來說，其電容大約是幾百皮法，電壓建立時間是數(shù)十毫秒，具體取決于測試設置的最大電流。將保護置于三軸電纜的內(nèi)部屏蔽層意味著電纜絕緣體中沒有電壓降。因此，這個絕緣體的電容不需要充電。在穩(wěn)定狀態(tài)情況下，根據(jù)2657A型源測量單元（SMU）的性能指標，高阻端(HI)的保護電壓在4mV以內(nèi)。吉時利HV-CA-554型產(chǎn)品是三軸高壓電纜，能夠安全地傳輸信號，保護電壓高達3280V。吉時利HV-CA-554型電纜可以滿足3kV電壓、低電流測量系統(tǒng)需求。為了實現(xiàn)建立時間和泄漏電流最小化，源測量單元（SMU）的保護都直接到達器件管腳。這樣做，可以避免對系統(tǒng)其他電容充電的需求。由于保護電壓可能高達3kV，務必確保保護端處于遠離其他導體的安全距離內(nèi)。

圖 3 當VHI≈VG時，電容器和電阻器的電壓降是0V。事實上，保護避免了因電纜絕緣帶來的漏電流，而且由于不需要對電纜電容進行充電，因此，實現(xiàn)響應時間最小化。

在某些系統(tǒng)中，必須轉(zhuǎn)換至同軸連接。對于高壓測試來說，SHV是工業(yè)標準同軸連接器。吉時利公司提供的SHV-CA-553電纜組合允許從高壓三軸向SHV的轉(zhuǎn)換。這些電纜組合使用三軸電纜，因此，在連接至SHV之前，可以盡可能地實施保護。使用同軸連接將導致性能降級，因為從保護截止端點起，保護帶來的益處將喪失殆盡。這意味著必須對殘存的電纜電容和測試系統(tǒng)電容進行充電。

在設計測試夾具時，用戶可能采取措施，通過縮短布線長度以及三軸-同軸轉(zhuǎn)換后器件連接長度的辦法實現(xiàn)電容最小化。

在探測臺上，轉(zhuǎn)換至同軸連接的影響可能更大，在這里，線纜和連接取決于晶片的大小以及器件方向（縱向或橫向）。如果把電纜電容考慮在內(nèi)，探測臺中的電容可能輕易達到納法量級，從而導致較長的電容充電時間和測量建立時間。