[發明專利]用源測量單元進行的低頻阻抗測量

有效

• 申請號: 201210300201.4
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN103063920B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: G.索博列夫斯基
• 申請（專利權）人: 基思利儀器公司
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬紅梅;李浩

本發明涉及用源測量單元進行的低頻阻抗測量。一種用于測量具有小于1 pF的電容的DUT的阻抗的方法包括向所述DUT施加電壓或電流信號，所述電壓或電流信號包括具有小于1 kHz的非零頻率的AC分量；響應于所述電壓或電流信號來分別地監視通過所述DUT的電流或電壓信號；同步地使所述電壓信號和所述電流信號數字化；以及根據所述數字化電壓和電流信號來計算所述阻抗。

技術領域

本發明涉及阻抗、并且特別是低頻下的高阻抗的測量。

背景技術

非常高的阻抗的測量可能引起困難。這是因為所涉及的阻抗如此大，以致于施加于被測試設備（DUT）的電壓非常大和/或結果得到的電流非常小。例如，使用過高的電壓可能導致設備損壞或者甚至起弧。在電容的情況下，低頻使該問題加劇，因為阻抗與頻率反相關。

源測量單元（SMU）由于其非常準確地發出（source）DC電壓信號并測量結果得到的DC電流信號或者反之亦然的能力而在精密DC電測量領域中眾所周知。例如，可獲得能夠選擇性地發出從微伏或以下至千伏或以上的DC電壓并測量從阿(托)安或以下至安或以上（或反之亦然）的DC電流的SMU。在DC測量體系中，這允許極高的阻抗的測量（即R＝V/I）。

發明內容

一種用于測量具有小于1 pF的電容的DUT的阻抗的方法包括向DUT施加電壓或電流信號，該電壓或電流信號包括具有小于1 kHz的非零頻率的AC分量；響應于該電壓或電流信號分別地監視通過DUT的電流或電壓信號；同步地將電壓信號和電流信號數字化；以及根據數字化電壓和電流信號來計算阻抗。

附圖說明

圖1是用于執行本發明的一方面的測量配置的示例的示意圖；

圖2是用于執行本發明的另一方面的測量配置的另一示例的示意圖；以及

圖3是用于執行本發明的又一方面的測量配置的又一示例的示意圖。

具體實施方式

參考圖1，測量配置10包括被連接到被測試設備（DUT）30的理想化源測量單元（SMU）12的示例。可調整電壓源14向運算放大器16的非反相輸入端提供電壓V₁。由電阻器18（R）提供的反饋環路迫使運算放大器16的反相輸入端也為V₁的值。請注意，反饋環路也是通過DUT 30的電流I的源。結果，跨電阻器18的電壓降與通過DUT 30的電流成比例（即V_R＝IR或I＝V_R/R）。

緩沖放大器20向控制和測量部22提供電壓V₁的緩沖形式（其為跨DUT 30的電壓的值），并且緩沖放大器24將電壓V_R的緩沖形式作為通過DUT 30的電流的（以R）縮放形式提供給控制和測量部22。控制和測量部22還控制可調整電壓源14的期望值V₁。

控制和測量部22包括測量電壓V₁和電流I的值的能力，包括使值數字化。控制和測量部22還控制可調整電壓源14的期望值V₁。

雖然本質上是DC設備，但SMU 12確實幸運地包括調整可調整電壓源14的值V₁的能力。在SMU 12的反饋環路的帶寬約束內，可以由控制和測量部22來周期性地改變V₁的值以產生AC信號。通常，SMU 12的帶寬極限是1 kHz或以下。這允許SMU 12發出例如1kHz或以下的相應正弦AC電壓信號。

為了測量在這些低頻下主要具有小電容（例如1 pF或以下）的DUT 30的阻抗，向DUT 30施加周期性變化的電壓信號V₁并監視通過DUT 30的電流信號I。控制和測量部22同步地使電壓信號和電流信號數字化以便可以計算DUT 30的阻抗。這是復數值，其例如不僅包括電容分量而且還可以包括非理想電容設備特有的電阻分量。