【導(dǎo)讀】實(shí)現(xiàn)一款高集成度、精密、較大功率的多通道源測量單元（SMU）需要突破哪些設(shè)計(jì)難點(diǎn)？要實(shí)現(xiàn)全象限的Force Voltage / Measure & Clamp Current以及Force Current / Measure & Clamp Voltage的功能，如果要使用離散器件搭建整個控制環(huán)路，無疑是非常復(fù)雜的。
實(shí)現(xiàn)一款高集成度、精密、較大功率的多通道源測量單元（SMU）需要突破哪些設(shè)計(jì)難點(diǎn)？
1. 全象限控制環(huán)路設(shè)計(jì)
要實(shí)現(xiàn)全象限的Force Voltage / Measure & Clamp Current以及Force Current / Measure & Clamp Voltage的功能，如果要使用離散器件搭建整個控制環(huán)路，無疑是非常復(fù)雜的。使用ADI的方案，作為主控的AD5522不僅集成了Force Voltage和Force Current的環(huán)路控制以及鉗位功能，同時(shí)內(nèi)部也集成多個range的shunt電阻可以實(shí)現(xiàn)多檔位的電流測量，兼具CCOMP以及CFF補(bǔ)償引腳配合外部多路選擇器實(shí)現(xiàn)多種補(bǔ)償及前饋網(wǎng)絡(luò)的選擇，可以適應(yīng)各種復(fù)雜的外部DUT負(fù)載參數(shù)配置。
2. 高集成度且低噪聲
如果要在提高通道密度的同時(shí)需要降低輸出噪聲，全部使用線性級的方案因?yàn)橥ǖ烂芏冗^低無法用于ATE場合，然而全部使用開關(guān)級的方案因?yàn)檫^高的噪聲也不適合。本方案使用開關(guān)級+線性級調(diào)制的方案，綜合了開關(guān)級高密度以及線性級低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)級使用ADI公司第二代Silent Switch集成開關(guān)轉(zhuǎn)換器LT8646S以及LT8648S，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)低于普通DC/DC的輸出噪聲。
3. 輸出級動態(tài)功耗調(diào)整
通常SMU輸出級器件的功耗限制了SMU的輸出功率范圍。本方案特有的輸出級供電動態(tài)跟蹤模式，極大的減小了輸出級的功耗。使得I、III象限的輸入及輸出能力達(dá)到了供電電源能夠提供的最大值。輸出級也可以工作在固定電源電壓的模式，以提供最快的脈沖電壓/電流輸出能力。
4.電流多Range控制及測量
本方案提供多個Range的Shunt電阻以及切換電路，可以實(shí)現(xiàn)大電流到小電流多個量程的全覆蓋輸出和測量要求。電流檢測電路工作在電源高邊，并且使用ADI特有的集成精密匹配電阻的高壓差分放大器LT1997-3實(shí)現(xiàn)高CMRR采樣。高邊電流采樣也為多通道并聯(lián)提供了極大的方便。
為了克服這些難點(diǎn)，ADI推出了一款采用四象限參數(shù)測量單元AD5522的系統(tǒng)解決方案，靈活且全面~
ADI解決方案一覽
高壓大電流SMU設(shè)計(jì)參考
本設(shè)計(jì)方案使用AD5522作為系統(tǒng)主控。AD5522除了完成FV以及FI的環(huán)路控制以外還具有電流及電壓的鉗位功能，從而保證DUT的安全。使用多個高邊Shunt電阻實(shí)現(xiàn)了多個電流RANGE的檢流組合。ADC部分我們推薦使用ADI公司新一代16/18位1 Mbps采樣率的8通道同步采樣ADC AD7606C-16或AD7606C-18。供電部分使用了ADI第二代Silent Switch集成開關(guān)轉(zhuǎn)換器LT8646S，最大支持65 V電壓輸入以及8A電流輸出。
高壓小電流SMU設(shè)計(jì)參考方案
本設(shè)計(jì)方案基本沿用方案1的電路結(jié)構(gòu)，最大的區(qū)別在于使用了多片LT6090-5替代了方案1的電壓和電流放大級。兩片LT6090-5 以并聯(lián)方式工作，在提供了±50 V相同電壓輸出范圍的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了總共±100 mA的電流輸入輸出范圍。在應(yīng)用此方案時(shí)需要對這兩片LT6090-5的輸出做均流處理，以防止任意一路輸出不均衡。
低壓小電流SMU設(shè)計(jì)參考方案
本設(shè)計(jì)方案也基本沿用方案1的電路結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于使用了LT1210 替代了方案1的電壓和電流放大級。LT1210具有35 MHz的小信號帶寬和900 V/uV的擺率，它可以輸出連續(xù)1.1 A、峰值2A的輸出電流。對于小于2 mA的小電流檔位，本方案使用了AD5522自帶的小量程FOH作為輸出。AD5522內(nèi)部集成了±5 uA、±20 uA、±200 uA 以及±2 mA的多個電流量程檔位，可以實(shí)現(xiàn)精確的小電流測量。當(dāng)要大電流輸出時(shí)，可以切換到EXTFOH驅(qū)動LT1210輸出。
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