יחידת אספקה ומדידה (source measure unit) – מהווה מכשיר חשוב למהנדסי פיתוח ובדיקות, לצורך ביצוע מדידות כגון מדידת אופייני I-V של חצאי מוליכים. למכשירי SMU נוספו עם הזמן יכולות רבות, כגון היכולת ללכוד תופעות מעבר, מדידה שעד כה בוצעה בעזרת אוסצילוסקופ. המכשירים החדישים מהירים יותר, בעלי מספר רב של ערוצים. שילוב מספר פונקציות מדידה במכשיר יחיד מאפשר להקטין את הגודל הפיסי והשטח הנדרש עבור מערך המדידה.
בכדי להעריך כיצד ה-SMU החדישים יכולים להשפיע על מערכי מדידה של הדור הבא, לאור המגמה של מעבר לציוד מודולרי, יש לשאול את השאלות הבאות:
כמה ערוצי מדידה דרושים למערך המדידה כיום וכמה ערוצים ידרשו לו בעתיד? מה גודלו ומה השטח הנחוץ למכשור הנדרש למימוש מספר ערוצי המדידה המבוקשים? SMU מודולרי חוסכת מקום על שולחן המדידה או בכונן (RACK). ניתן להשיג SMU בן 17 עד 68 ערוצים במארזי 4U המיועדים לכונני “19. האם ה-SMU המסורתי שברשותך מגן על ההתקן הנמדד (DUT) בעת אספקה לעומס קיבולי או השראי? ל-SMU החדישות חוגי בקרה המאפשרים שליטה על התגובה לעומסים שונים, למניעת תנודות ולהגנה על ההתקן הנמדד. האם האפליקציות שלך הן מעבר לביצועי DC מסורתיים? ה-SMU המודרניות מסוגלות לבצע סוגי מדידות כגון דגימות מהירות ולתפקד כספרתי מתח גבוה, לספק צורות גל אקראיות עד לתדר של כמה קילוהרץ, ולשמש כמחוללי דפקים רבי הספק.
מענה לשיקולי עלות בתכנון מערך מדידה מרובה ערוצים
אחת הדרכים לענות על אילוצי מחיר של מערכות מדידה היא לבצע מדידות התקנים במקביל. במערכות המבוססות על תצורה מסורתית מודדים בין 2 עד 8 התקנים במקביל. מערך מדידה המבוסס על SMU רגילות יכול להכיל עשרות יחידות, שצריכות לספק מענה לדרישות המדידה בזמן התכנון. יחד עם זאת צריך לתכנן את מערך המדידה כך שיוכל לתת מענה גם לדרישות עתידיות מבלי לחרוג מגודל המערכת.. וכאן נתקלים באילוץ נוסף – עלות שטח הרצפה של המערך, או הנפח שהוא תופס בכונן. זהו שיקול קריטי שכן צריך להביא בחשבון שבתעשיית חצאי המוליכים עלות שטח רצפה הוא גבוה מאוד. בעיה נוספת שיש להביא בחשבון היא בעיית סינכרון מספר גדול של יחידות על קוי GPIB או אתרנט (בעיות השהייה,למשל), איתור תקלות, קירור, כיול ודיוק. שימוש בציוד מדידה שולחני מסורתי, שבו כל יחידה מזוודת בנפרד ויש לה צג משלה יוצרת יתירות באלמנטים שבעצם אינם תורמים למדידה אבל מגדילים את עלות המערכת ואת גודלה.
לעומת זאת, באמצעות שימוש ב-SMU מודולריות ניתן להגיע לאופטימזציה של מערך המדידה. SMU מודולרי יכול לספק הספק גבוה, להבטיח דיוק ומהירות ויחד עם זאת הוא מגיע בתצורה של כרטיס מודולרי, ללא זיווד וצג. הבקרה והסינכרון מתבצעים בעזרת תוכנות מדף. החסכון במקום מאפשר להוסיף מספר גדול יותר של SMU למערך המדידה כדי לענות על צרכי המדידה, או להוסיף מכשור מסוג אחר מבלי לבזבז מקום. ה-SMU המודולרי כולל תכונות המקילות על תכנות, בקרה וחיווט מערך המדידה. השימוש ב-SMU מודלרי מאפשר ליצור באופן יעיל מערך מדידה המבצע מדידות מקביליות רבות תוך חסכון במקום.
מדידה בטוחה של סוגי עומסים (DUT) שונים בעזרת SMU מהדור האחרון
כיום משתמשים ב-SMU לצורך בדיקת אופייני I-V של התקנים שונים, מרמת ה-wafer, דרך רכיבים מזוודים ועד לרמת הכרטיס. הדבר מחייב התמודדות עם סוגים שונים של עומסים, שעלולים לכלול קבלים ומשרנים. יש להיות ערים ליכולת ה-SMU להתמודד עם עומסים שכאלה מבלי להוריד את ביצועי המערכת, והמהירות בלי לפגוע ביחידה הנבדקת ומבלי צורך להוסיף רכיבים למערכת. SMU מהסוג הישן עובד בחוג סגור ומסתמך על בקרת משוב אנלוגית על מנת לספק את ערכי ההזנה שתוכננו עבור העומס או היחידה הנבדקת. ה-SMU המסורתיות יכולות להבטיח התנהגות היענות טובה עבור עומסים אידאליים, אך עבור עומסים ריאקטיביים הן עלולות להציג התנהגות לא צפויה שעלולה לפגוע ביחידה הנבדקת– עלולות להופיע תנודות, מתחי יתר או הארכת זמני עליה וירידה. מאוד קשה לתקן את התנהגות SMU מהדור הישן בעת עבודה עם עומסים ריאקטיביים. לעתים ניתן לבצע קיזוז עבור עומס ספציפי על ידי הוספת רכיב חיצוני.
לעומת זאת ה-SMU החדישות של חברת נשיונל אינסטרומטנס (NI) מנצלות טכנולוגיות של חוגי בקרה ספרתיים- טכנולוגיות הידועות בשם NI SourceAdapt Technology. טכנולוגיה זו מאפשרת להתאים את תגובת ה-SMU לעומסים שונים, כולל עומסים קיבוליים והשראתיים. חוג הבקרה מתבצע באופן ממוחשב ולכן ניתן לתכנת את הערכים הקריטיים של חוג הבקרה, ועל ידי כך להשיג את ההתנהגות הרצויה של ה-SMU עבור כל עומס ספציפי ולשמור אותה בזכרון המכשיר לשימוש חוזר.
יתרונות ה-SMU החדישות
מהנדסי מדידות רגילים לסמוך על SMU לצורך אספקה ומדידות בזרם ישר ואילו לצורך מדידת צורות גל אחרות וצורות גל אקראיות הם נעזרים באוסצילוסקופים, ובמחוללי צורות גל כמקור אות. ה-SMU החדישות של NI יכולות לענות על רוב הדרישות, הן בתחום הזרם הישר והן בתחום אותות חילופין. הן יכולות לדגום בקצב של עד 1.8MS/s, ובכך לחסוך את הצורך באוסצילוסקופ בהרבה מקרים. ליחידות האלה כניסות צפות המאופיינות בערכי זרם ומתח גבוהים, ובכך הן חוסכות את הצורך במנחתים חיצוניים או פרובים מיוחדים למדידת זרם.
יתרון נוסף של ה-SMU המודלרי הוא הגמישות המתאפשרת בעת שדרוג מערך המדידה, שינוי תצורה או הוספת מכשירים נוספים מתוצרת יצרנים שונים. בדרך כלל שינוי כזה חייב תכנון מחדש של ארכיטקטורת מערך המדידה בגלל שינויים באותות הבקרה והדרבון. שימוש במכשור מודולרי מאפשר לשדרג את המכשיר ללא צורך בשינויים או תכנון מחדש של מערך המדידה.
מכשור מודולרי מאפשר לתכנן מערך בדיקה גנרי שיכול להתאים למדידת טווח רחב של התקנים. אפשר לשלב מספר רב של SMU במערך מדידה מסויים, או לשלב מכשירים שונים הכוללים בתוכם טכנולוגיות דרבון ובקרה. לדוגמא – שילוב של SMU עם מקמ”ש RF מודולרי ליצירת מערך מדידה למדידות RFIC, שכולל את כל אותות הדרבון ואותות “handshaking” הדרושים למכשירים השונים. גמישות זו מאפשרת לממש מערך מדידה הפועל באופן מדוייק מתחום ה-RF ועד DC ויכול לשרת מגוון רחב של יישומים. מכיוון שהתוכנה למערך מותאמת באופן הדוק הן למערך המדידה, והן לאופי הספציפי של המדידה ניתן להשיג שיפור מהירות המדידה עד פי מאה ביחס למדידות המבוצעות בעזרת SMU מהדור הישן.
Jake Harnack is a Product Marketing Manager in Modular Instrumentation, National Instruments
