CN104808031A - 有源分路源测量单元(smu)电路 - Google Patents

Abstract

有源分路源测量单元（SMU）电路可以包括SMU或具有与SMU电路的电流测量子电路集成的有源分路电路的电源。有源分路电路可以在SMU电路的电压输出期间有效，并且在SMU电路的电流输出期间无效。

Description

有源分路源测量单元(SMU)电路

技术领域

本公开技术一般涉及源测量单元（SMU）电路，并且更具体而言，涉及有源分路电路技术的某些方面并入到SMU电路中。

背景技术

典型的有源分路电路一般使用增益和电容来产生虚拟阻抗，虚拟阻抗是实际电阻除以增益。图1是图示了传统有源分路电路100的示例的电路图。在示例中，所述有源分路电路100使用增益 G₁(s) 和电容 C₀ 来产生虚拟阻抗 Z_IN ，虚拟阻抗 Z_IN 是实际电阻 R₀ 除以增益(α)。

图2是图示了传统的两范围自动设换的源测量单元（SMU）电路200的第一示例的电路图。该SMU电路200包括电压源V-DAC，电流源I-DAC，以及与被测设备（DUT）电耦合的第一放大器206。

所述SMU电路200还包括在DUT和电流源I-DAC之间或DUT和缓冲器210之间（取决于第一开关S₁的当前位置）电耦合的第二放大器208。第一增益级放大器212和第二增益级放大器214被电耦合在DUT和电压源V-DAC之间或DUT和缓冲器210之间，这取决于第二开关S₂的当前位置。第一电阻器R₀与DUT和缓冲器210电耦合。第二电阻器R₁被电耦合在第一电阻器R₀和第二电阻器R₁之间。

在示例中，当两个开关S₁和S₂在如图所示的向下的位置时，所述SMU电路200提供跨DUT的电压。SMU电路200具有在DUT和电流感应电阻器之间具有相互作用的控制回路，其可以由下式确定：

其中R_S是第一电阻器R₀或第二电阻器R₁，这取决于哪一个范围是活动的。

在DUT的阻抗（Z_DUT）小于活动范围电阻R_S的情况下，β变得显著小于1，并且控制回路所不希望地减慢。

图3是图示了传统的两范围自动设换的源测量单元（SMU）电路300的第二示例的电路图。在示例中，SMU电路300使用单一控制回路和开关S₁来在电压源V-DAC（即，当开关S₁在如图所示的向下的位置时）和电流源I-DAC（即，当开关S₁在向上的位置时）之间转换。

在此第二示例中，电阻器R₀和R₁被并联布置。这和其中电阻器R₀和R₁是串联的第一示例的SMU电路200形成对比。

发明内容

本公开技术的实施例一般是针对源测量单元（SMU）电路，并且更具体而言，是针对有源分路电路技术的特征并入到SMU电路中。在某些实施例中，有源分路SMU电路包括SMU或具有与SMU电路的电流测量子电路集成的有源分路电路的电源。有源分路电路可以在SMU电路的电压输出期间有效，并且在SMU电路的电流输出期间无效，然而在电流限制中，或两者兼而有之。

附图说明

图1是图示了传统有源分路电路的示例的电路图。

图2是图示了传统的两范围自动设换的源测量单元（SMU）电路的第一示例的电路图。

图3是图示了传统的两范围自动设换的源测量单元（SMU）电路的第二示例的电路图。

图4是图示了依据本公开技术的某些实施例，具有与SMU电路的电流测量子电路集成的有源分路的两范围自动设换的源测量单元（SMU）电路的第一示例的电路图。

图5是图示了依据本公开技术的某些实施例，具有与SMU电路的电流测量子电路集成的有源分路的两范围自动设换的源测量单元（SMU）电路的第二示例的电路图。

具体实施方式

本公开技术的实施例一般是针对源测量单元（SMU）电路。在某些实施例中，有源分路SMU电路包括SMU或具有与SMU电路的电流测量子电路集成的有源分路电路的电源。有源分路电路可以在SMU电路的电压输出期间有效，并且在SMU电路的电流输出期间无效，然而在电流限制中，或两者兼而有之。

有源分路电路是相对新的技术，其可以用于提高SMU电路的电压输出性能。然而，因为当SMU电路从电压输出切换到电流输出时，有源分路电路可以降低SMU电路的性能，所以当SMU电路输出电流时，实施例可以包括停用有源分路电路。在这种实施例中，效益仍然可以在没有降低性能（其将以其他方式在SMU电路的电流输出期间发生）的情形下在SMU电路的电压输出期间，通过SMU电路获得。

有源分路电路集成到SMU电路中有利地使SMU电路当输出电压时能够解决更快。这种集成还使SMU电路当输出电压到较大的容性负载中时能够保持稳定。

图4是图示了依据本公开技术的某些实施例，具有与SMU电路400的电流测量子电路集成的有源分路的两范围自动设换的源测量单元（SMU）电路400的第一示例的电路图。在示例中，所述SMU电路400与由图2所示的SMU电路200基本上相同，并且如此，关于图2的描述使用的相同附图标记也关于图4的描述使用。然而，不同于由图2所示的SMU电路200，有源分路电路已经由两个电阻器R_A和R_B，两个电容器C₀和C₁以及改变差分放大器206的参考从信号S到地的方式集成到了图4的SMU电路400中。

所述电阻器R_A和R_B被增加作为到第一和第二增益放大器212，214（G₀和G₁）的反馈，这将增益限制到α。两个电容器C₀和C₁被跨第一和第二电阻器R₀和R₁添加，使得它们的组合阻抗在相同的频率（在该频率处，α的增益滚降）处滚降。

然而，由图2所示的SMU电路200中的被测设备（DUT）和电流感应电阻器之间的相互作用可以由下式确定：

 ，

有源分路到R_S的集成导致了下式：

其中α表示由有源分路的集成获得的增益。

考虑示例，其中α = 100。在这种示例中，所述DUT的阻抗（Z_DUT）必须至多为一百分之一，以使β显著地小于1。

在由图4所示的示例中，当两个开关S₁和S₂都在如图中所示的向上的位置时（即，通过跨R₀或R₀+R₁施加已知的电压），所述SMU电路400提供电流。增加的电阻器（R_A和R_B）用来限制用于控制施加到这些电阻器的电压的增益。虽然得到的施加电压不是精确地I-DAC电压的反向，但是因为增益α由可以是精确的电阻器的比率确定，并且从而I-DAC电压可以预测地调整到正确的电压，以产生所期望的电流。

本领域的普通技术人员将认识到，相同的反馈结构可以用于一范围的SMU电路或多范围的SMU电路。

图5是图示了依据本公开技术的某些实施例，具有与SMU电路500的电流测量子电路集成的有源分路的两范围自动设换的源测量单元（SMU）电路500的第二示例的电路图。在示例中，SMU电路500与由图3所示的SMU电路300基本上相同，除了通过两个电阻器R_A和R_B，两个电容器C₀和C₁，有限增益级和第二开关S₂的方式增加了有源分路电路。第二开关S2可用于在由SMU电路500电流输出期间，有效地去除或停用有源分路电路。

关于图示的实施例已经描述和图示了本发明的原理，将认识到，图示的实施例在不脱离这种原理的情况下，可以在布置和细节上进行修改，并且可以以任何所期望的方式进行组合。并且，尽管前面的论述集中于特定的实施例，但其他配置也被考虑到。尤其是，即使诸如“依据本发明的实施例”的用语等在本文中被使用，这些短语意在一般引用实施例的可能性，并非意在将本发明限制于特定的实施例的配置。如本文所使用的，这些术语可以引用被结合到其他实施例中的相同或不同的实施例。

因此，考虑到对本文所描述的实施例的各种各样的变更，此具体实施方式和所附材料仅意在例示，并不应被认为是限制本发明的范围。因此，本发明所要求保护的是可以包括在下面的权利要求和其等价物的精神和范围内的所有这种修改。

Claims (11)

1.一种用于输出电压和电流到被测设备（DUT）的电路，所述电路包括：

配置成与DUT电耦合的输出；以及

与输出电耦合的电源供应电路，其中所述电源供应电路可操作通过改变通过输出提供的电流来调节施加到输出的电压，并且其中所述电源供应电路进一步可操作通过改变施加到输出的电压来调节通过输出提供的电流，所述电源供应包括至少一个检测电阻器，其与输出串联并且可操作来测量通过输出提供的电流，其中，当所述电源供应电路在调节施加到输出的电压时，可控的反馈增益被施加到所述至少一个检测电阻器，以减少对电压调节的表观电阻。

2.如权利要求1所述的电路，其中，当所述电源供应电路在调节通过输出提供的电流时，可控的反馈增益并不被施加到所述至少一个检测电阻器。

3.如权利要求2所述的电路，其中至少一个检测电阻器包括具有与输出电耦合的第一端的第一电阻器R₀。

4.如权利要求3所述的电路，其中所述电源供应电路包括与第一电阻器R₀并联电耦合的第一电容器C₀。

5.如权利要求4所述的电路，其中所述电源供应电路包括：

与输出电耦合的第一放大器；

在输出和第一开关之间电耦合的第二放大器；

在输出和第二开关之间电耦合的第一增益级放大器；

在输出和第一增益级放大器之间电耦合的第二增益级放大器；

在第三放大器和第一电阻器R₀之间电耦合的第二电阻器R₁；以及

与第二电阻器R₁并联电耦合的第二电容器C₁。

6.如权利要求5所述的电路，进一步包括作为到第一和第二增益级放大器的反馈增加的两个电阻器R_A和R_B。

7.如权利要求5所述的电路，其中所述第二电阻器R₁的电阻由下式定义：

R ₁  = (k – 1) R ₀ 。

8.如权利要求5所述的电路，其中所述第二电容器C₁的电容由下式定义：

C ₁  = C ₀  / (k – 1)。

9.如权利要求5所述的电路，其中所述第一开关被配置成切换与输出电耦合的缓冲器。

10.如权利要求9所述的电路，其中所述第二开关被配置成切换缓冲器，并且进一步，其中仅仅第一开关和第二开关中的一个在任何给定的时间与缓冲器电耦合。

11.如权利要求9所述的电路，其中所述第二开关被配置成切换与输出电耦合的缓冲器。