使用 SMU 的五个理由

什么是源测量单元？

源测量单元 (SMU) 是一种测试仪器，一体化集成了电源、电子负载和高分辨率数字万用表的功能。SMU 可用于测量半导体的特性、监测微控制器的功耗或者模拟 IoT 设备的电池。

SMU 和台式电源的主要差别在于，SMU 能够用作电源和负载电流，还具有出色的回读/编程分辨率。

重要的 SMU 测量示例

SMU 能够跟踪动态变化。例如，低功耗蓝牙 (Bluetooth® LE) 设备在睡眠模式下仅消耗几纳安电流，但在读取传感器和传输结果时会消耗数百毫安的电流。SMU 能够在为被测设备 (DUT) 供电的时候测量这两种范围内的电流。

SMU 还可以测量半导体设备的特性。四象限 SMU 的输出端可以用作正负电源或负载。如此一来，SMU 单机即可测量二极管等半导体设备的正向和反向特性。

继续阅读，了解五种 SMU 应用，探究这些应用如何表征被测设备。

1. SMU 用作电源或电子负载

SMU 集成了三种不同的仪器，因此用途广泛。例如，SMU 可以用作台式电源，并提供过电压保护和电流限制等安全功能。内置的 6.5 位万用表可以测量电压、电流和功耗，同时为 DUT 供电。

和独立式台式电源不同的是，双象限 SMU 可以用作电源或负载。SMU 能够表现出和电子负载相同的特性。电子负载相当于一种可编程的电阻器。负载可用于不同的模式，例如使用恒定电压、消耗恒定电流或者对被测设备产生恒定电阻。

R&S®NGU201 系列等源测量单元可以自动切换电源和负载模式。这种灵活性有助于模拟设备中电池的充放电特性。

2. SMU 准确记录电压测量数据

无论 SMU 用作电源还是负载，其内置的数字万用表都能够监测电压、电流和功耗。这有助于在前面板上或通过远程编程命令查看瞬时读数。测量设备特性时，需要查看这些数值随时间发生的变化。

SMU 能够对这些测量每秒进行 500,000 次采样，即采样率高达 500 ksamples/s。因此，SMU 可用于记录数据。您可以将采样数据保存到 USB 闪存盘的 CSV 文件中，以便进行详尽的分析。您也可以直接在仪器的前面板显示屏上显示变化趋势。

除了采集记录的信息之外，您还可以使用 SMU 的“感应输入”来提高测量准确度。由于 SMU 和 DUT 之间的电缆会出现损耗，因此前面板连接器处的电压高于提供给 DUT 的电压。专用的“感应”输入通过单独的电缆连接到 DUT 输入，因此 SMU 能够补偿电缆损耗，提供更加准确的测量。

R&S®NGU201 提供一种独特的优化功能。它提供可选的数字电压表 (DVM)，可以放置在电路上的任何位置。例如，您可以借此监测电池状态或负载点转换器的输出。该 DVM 和监测前面板的电压测量并行运行，并且和通道电隔离。

3. 测量电流和负载响应变化

对于提供低功率睡眠模式并配备无线发射机的设备，其电流需求会在从nA到A的范围内动态变化。SMU 能够在为 DUT 供电的时候准确测量这种大范围内的电流。

DUT 改变工作状态时，电流消耗会随之突然变化。台式电源需要花费一定时间来响应这种负载变化。传统的独立式电源可能无法很好地响应这些瞬态变化。R&S®NGU 系列等仪器能够在不到 30 微秒的时间内快速应对负载响应变化。

4. 使用四象限 SMU 分析半导体设备

对半导体设备进行特性分析的时候，通常需要提供并消耗正向与反向电流。二极管的特性分析就是一个例子。

要绘制二极管的电流电压 (IV) 曲线图，必须测量从负电压到正向正电压这一过程中消耗的电流。虽然传统电源或双象限 SMU 能够提供负电压，但需要您手动更改探头，才能切换负电压和正电压。四象限 SMU 能够在扫描电压范围的时候从负输出无缝切换到正输出。

5. 模拟电池供电设备

电池供电设备的使用寿命面临多种难题。例如，电池以化学方式存储能量。因此，电池的功率输出会因化学成分、温度和负载而变化。另一个难题在于，直流-直流转换器的效率会改变输入电压和输出负载。

利用物理电池无法测试所有可能的变化情况，特别是需要尝试锂离子或锂聚合物等不同化学成分的时候。但是，R&S®NGU 等 SMU 可以模拟电池。您还可以使用自定义配置文件进行编程，以便更好地匹配环境条件。

SMU 单机即可测量设备在不同条件下的运行时长。这是使用 SMU 模拟电池的最重要优势。

SMU 还可以评估设备的电池充电能力。SMU 用作电子负载时，可用于模拟各种情况，例如电池未连接、过电压、欠电压或电池短路。