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利用大功率数字源表构建多源测量单元(SMU)系统(连载四):为高电压测试选择最佳电

已有 451 次阅读2012-5-7 15:35 |个人分类:测试测量| 关键词:

确保测试期间使用的电缆符合测试系统最大电压额定值。在功率器件关闭状态特性分析期间经常遇到高压、低电流测试,要使用能够实现这类测试所需性能的电缆。

在高压测试时,要保证充分绝缘,并使漏电流和系统电容带来的影响最小化。

 

适当绝缘

 

使用电缆的耐压额定值至少是测试系统电压的最大值。为了实现低电流测量,要在测试夹具中使用高质量绝缘体。绝缘电阻与待测器件电阻并联,将带来测量误差(参见图1)。利用2657A型源测量单元(SMU,在测试电路中可能出现高达3kV电压,因此,相对于测得的通过待测器件的电流,通过这些绝缘体产生的电流就较大。为了得到良好的测量结果,要确保绝缘电阻比待测器件电阻高几个数量级。

1 绝缘体中产生的电流影响待测器件电流的测量。为了实现测量误差最小化,要确保绝缘体电阻(RL)比待测器件电阻(RDUT)高得多。

 

漏电流与系统电容

 

使用保护可以把测试电路中绝缘体的影响降到最低。保护是强制将电路中的一个低阻节点与高阻输入端节点近似等电位的一种技术。在图1中,即使采用高质量绝缘体,但来自绝缘体的电流泄漏仍然存在。当测量电流在纳安范围时,这种泄露就可能带来问题。请注意保护是如何改进测量的,参见图2。漏电流将通过高阻测量节点(HI)流出,因此,测量中不包括漏电流。

2 利用保护可以使电路中绝缘体电压降低为接近0V,从而减少漏电流。测量中出现的任何剩余的泄露都将通过高阻测量节点流出

 

由于保护端与高阻端处于同一电位,保护电压就是危险电压。因此,要使用三轴电缆布防保护电路,并保护操作人员免遭触电危险。在三轴电缆中,高阻端与中心导体连接,内部屏蔽层为保护,外部屏蔽层接地。图3给出三轴电缆截面示意图。

保护还可以使系统电容的影响降到最低。系统电容影响电压源的建立和电流测量。测试设置必须允许以等于或低于预期的器件测量本底噪声对电容充电和建立电流。这些设置的高阻特性必将导致较长的建立时间。图3说明保护如何降低电缆电容的影响。常见的三轴电缆电容大约是40pF/英尺。对于一根两、三米长的电缆来说,其电容大约是几百皮法,电压建立时间是数十毫秒,具体取决于测试设置的最大电流。将保护置于三轴电缆的内部屏蔽层意味着电缆绝缘体中没有电压降。因此,这个绝缘体的电容不需要充电。在稳定状态情况下,根据2657A型源测量单元(SMU)的性能指标,高阻端(HI)的保护电压在4mV以内。吉时利HV-CA-554型产品是三轴高压电缆,能够安全地传输信号,保护电压高达3280V。吉时利HV-CA-554型电缆可以满足3kV电压、低电流测量系统需求。为了实现建立时间和泄漏电流最小化,源测量单元(SMU)的保护都直接到达器件管脚。这样做,可以避免对系统其他电容充电的需求。由于保护电压可能高达3kV,务必确保保护端处于远离其他导体的安全距离内。

3 VHI ≈VG时,电容器和电阻器的电压降是0V。事实上,保护避免了因电缆绝缘带来的漏电流,而且由于不需要对电缆电容进行充电,因此,实现响应时间最小化。

在某些系统中,必须转换至同轴连接。对于高压测试来说,SHV是工业标准同轴连接器。吉时利公司提供的SHV-CA-553电缆组合允许从高压三轴向SHV的转换。这些电缆组合使用三轴电缆,因此,在连接至SHV之前,可以尽可能地实施保护。使用同轴连接将导致性能降级,因为从保护截止端点起,保护带来的益处将丧失殆尽。这意味着必须对残存的电缆电容和测试系统电容进行充电。

在设计测试夹具时,用户可能采取措施,通过缩短布线长度以及三轴-同轴转换后器件连接长度的办法实现电容最小化。

在探测台上,转换至同轴连接的影响可能更大,在这里,线缆和连接取决于晶片的大小以及器件方向(纵向或横向)。如果把电缆电容考虑在内,探测台中的电容可能轻易达到纳法量级,从而导致较长的电容充电时间和测量建立时间。

 

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