概述

　　由于當(dāng)今的重點(diǎn)是綠色出行和打造移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，因此實(shí)現(xiàn)集成電路和電子組件功耗最小化已成為器件制造商的夢(mèng)想。功耗最低意味著實(shí)現(xiàn)所有集成電路和電子組件的電流消耗最低。為了對(duì)這些部件進(jìn)行特性分析，必須測(cè)量器電流消耗。過去，功耗并不是主要問題，測(cè)量通過器件的電流非常簡(jiǎn)單，因?yàn)殡娏麟娖较鄬?duì)較高，為毫安甚至安培級(jí)，利用標(biāo)準(zhǔn)多用表即可測(cè)量。當(dāng)今器件工作電流低至微安級(jí)甚至更低，因此需要更復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。

　　本文探討了對(duì)低功耗待測(cè)器件（DUT）進(jìn)行低電流測(cè)量的兩種不同方法：一是將電源、高精度數(shù)字多用表及待測(cè)器件進(jìn)行串聯(lián)，二是使用高精度測(cè)量電源。應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了怎樣配置2280S系列高進(jìn)度測(cè)量直流電源，實(shí)現(xiàn)高精度低電流測(cè)量。

　　將電源與數(shù)字多用表進(jìn)行串聯(lián)

　　測(cè)量流經(jīng)器件電流的一個(gè)方法是將數(shù)字多用表與電路串聯(lián)，并利用它測(cè)量電流。使用6位半的高質(zhì)量數(shù)字多用表，可以對(duì)毫安級(jí)電流電平進(jìn)行高精度測(cè)量。圖1給出這個(gè)方法的測(cè)試設(shè)置。

　　圖1. 使用電源與數(shù)字多用表串聯(lián)來(lái)測(cè)量電流

　　雖然這個(gè)方法能夠?qū)νㄟ^器件的電流進(jìn)行非常準(zhǔn)確的測(cè)量，但由于特性分析期間數(shù)字多用表造成的電壓負(fù)荷，該方法也可能帶來(lái)很多問題。即使電源輸出端電壓可能處于編程值，但待測(cè)器件兩端電壓實(shí)際上低于編程值，因?yàn)樵跀?shù)字多用表產(chǎn)生電壓負(fù)荷。因此，待測(cè)器件兩端電壓不是編程電壓，它等于編程電壓減去數(shù)字多用表電壓（VDUT= VSET– VDMM）。如果忽略數(shù)字多用表電壓且用戶假設(shè)器件電壓等于編程電壓，那么功率和電阻測(cè)量將具有重大誤差，因?yàn)橛糜谟?jì)算的電壓將高于待測(cè)器件電壓值。當(dāng)在最低工作電壓附近對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試時(shí)，這個(gè)電壓降還可能帶來(lái)問題。如果數(shù)字多用表的電壓負(fù)荷過大，器件電壓可能低于最低工作電壓，而且器件將無(wú)法正常工作，導(dǎo)致錯(cuò)誤測(cè)量。

　　通過輸出較高的電源電壓，可以對(duì)這個(gè)電壓降進(jìn)行補(bǔ)償，從而為待測(cè)器件提供期望的電壓。不過，數(shù)字多用表造成的電壓負(fù)荷隨著流經(jīng)電流的變化而變化，因此補(bǔ)償非常困難。 可以使用第二部數(shù)字多用表直接測(cè)量器件電壓，但這將添加新的儀器設(shè)備，不僅增加測(cè)試系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，而且可能給低電流測(cè)量帶來(lái)更大誤差源。數(shù)字多用表給測(cè)試電路帶來(lái)額外負(fù)載，致使電流高于實(shí)際流經(jīng)器件的電流。雖然電源與數(shù)字多用表串聯(lián)是一種非常簡(jiǎn)單的低電流測(cè)量方法，但這絕不是理想方法。

　　使用高精度測(cè)量電源

　　如果適用高精度測(cè)量電源，可以利用6位半高質(zhì)量數(shù)字多用表對(duì)通過器件的電流進(jìn)行測(cè)量，但是可以做得更簡(jiǎn)單且更準(zhǔn)確。由于測(cè)試器件只需要1部?jī)x器，因此測(cè)試得以簡(jiǎn)化。圖2給出測(cè)試設(shè)置。

　　由于只有1部?jī)x器，很快即可開始測(cè)試，因?yàn)樾枰O(shè)置的設(shè)備更少。自動(dòng)測(cè)量也更簡(jiǎn)單，因?yàn)橹恍鑼?duì)1部?jī)x器進(jìn)行編程。這避免了多部?jī)x器的同步，并允許測(cè)試工程師把精力集中于測(cè)量。

　　進(jìn)行器件特性分析時(shí)，利用高精度測(cè)量電源比利用電源與數(shù)字多用表更準(zhǔn)確。高精度測(cè)量電源能夠測(cè)量施加于器件的電流和電壓。電流是內(nèi)部測(cè)量的，因此不會(huì)像串聯(lián)數(shù)字多用表那樣給測(cè)試電路帶來(lái)電壓負(fù)荷。這樣，器件兩端電壓等于編程電壓。要想進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度，可以利用器件端口的程控檢測(cè)引線直接測(cè)量電壓，這使得高精度測(cè)量電源直接補(bǔ)償為器件供電的測(cè)試引線上的電壓降。這些測(cè)試引線具有極高的輸入阻抗，因此對(duì)測(cè)試電路而言，它們實(shí)際上是零負(fù)載。利用這些特性，高精度測(cè)量電源能夠在任何電流電平對(duì)器件進(jìn)行極其精確的特性分析。由于在1部?jī)x器內(nèi)集成了所有這些能力，因此高精度測(cè)量電源可以大幅降低測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。

　　圖2. 利用高精度測(cè)量電源進(jìn)行電流測(cè)量

　　利用2280S系列高精度測(cè)量直流電源對(duì)高精密基準(zhǔn)電壓源靜態(tài)電流進(jìn)行測(cè)量

　　接下來(lái)將介紹怎樣配置2280S系列高精度測(cè)量直流電源，在不連接輸出情況下，對(duì)高精密基準(zhǔn)電壓源電流消耗進(jìn)行測(cè)量。在數(shù)據(jù)表中給出了正在測(cè)量的這個(gè)電壓基準(zhǔn)的靜態(tài)電流，電流電平典型值僅為31μA，最大值為35μA。為了進(jìn)行這個(gè)測(cè)量，將儀器配置為最大精度和準(zhǔn)確度。

　　設(shè)備

　　高精度測(cè)量電源減少對(duì)器件進(jìn)行電流測(cè)量所需的設(shè)備數(shù)量。在本例中，使用以下設(shè)備：

　　? 吉時(shí)利2280S系列高精度測(cè)量直流電源

　　? 測(cè)試引線

　　? 高精度基準(zhǔn)電壓源

　　進(jìn)行連接

　　圖3和圖4給出這個(gè)測(cè)試的連接。

　　圖3. 高精度測(cè)量電源與高精度基準(zhǔn)電壓源待測(cè)器件的測(cè)試連接

　　圖4. 2280S系列高精度測(cè)量直流電源與基準(zhǔn)電壓源待測(cè)器件的測(cè)試連接

　　測(cè)試連接相當(dāng)簡(jiǎn)單，因?yàn)橹恍鑼筛€（HI和LO）與待測(cè)器件連接。高精度電壓測(cè)量不需要程控電壓檢測(cè)，因?yàn)殡娏鳂O低，不會(huì)在測(cè)試引線產(chǎn)生大量電壓降。建議使用屏蔽電纜，以降低噪聲。如果測(cè)試電路接地，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地，以避免接地電流環(huán)路帶來(lái)的測(cè)量誤差。