什么是信号源测量单元？

　　信号源测量单元 （SMU） 是一种将信号源功能和测量功能结合在同一引脚或连接器上的仪器。它可以提供电压或电流，并同时测量电压和/或电流。它将电源或函数发生器、数字万用表 （DMM） 或示波器、电流源及电子负载的功能集成到单个紧密同步的仪器中。
　　
　　图 1.一个 ADALM1000 SMU 通道的框图。
　　ADALM1000 本质上是一款信号源测量单元，但也可将其视为独立的示波器和函数发生器。但当分而视之时，由于输出功能（发生器）和输入功能（示波器）共用一个引脚，因此一次只能使用一个功能。

　　可编程信号源测量单元为什么很重要？
　　对于某些类型的测试，可编程仪器可能并不重要。您可能只想读取一次或少量次数。但有很多情况下，可能需要收集大量数据，以便生成性能随时间变化的曲线或图表。不过，手动操作的话会非常耗时且易于出错。
　　还有大量不同的实验要求自动收集数据以获得更快速或更准确的测量结果，或者获取长时间尺度（数月甚至几年）的测量结果。此时，您肯定需要一台计算机来收集数据并将其导出到数据库中进行分析。

　　为什么需要负电压？
　　不是所有实验都需要负电压，在某些情况下，您可以避免使用。但是，如果施加正电压或负电压，许多不同类型的器件会以不同方式工作。为充分了解此类器件的工作原理，我们需要能够改变所施加电压的符号。ADALM1000 中的每个 SMU 通道只能产生 0 V 至 5 V 的电压（相对于地）。它提供固定的 2.5 V 和 5 V 输出，这些输出既能流出电流，也能吸入电流。DUT 可以连接在 2.5 V 输出和 SMU 输出之间，而不是接地，以将 DUT 电压从 –2.5 V 扫描到 +2.5 V。此外，由于 ADALM1000 有两个 SMU，所以 DUT 可以连接两个 SMU 输出之间。一个通道从 0 V 扫描到 5 V，另一个通道从 5 V 扫描到 0 V，DUT 两端的电压便是从 –5 V 到 +5 V。
　　举个例子，考虑一个二极管——这种器件仅允许电流沿一个方向通过其中。为了评估二极管是否正常工作，我们需要看看两个方向的电流是否均能通过其中。检查方法有两种。我们可以在一个方向测量二极管，再手动转向，测量另一个方向，然后将数据组合在一起。然而，如果我们施加正电压和负电压，那么只需测量电流就行了。事实上，这种技术非常有用，常被用来表征很多具有类二极管行为的器件，太阳能电池和发光二极管就是很好的例子。图2显示如何将二极管连接到 ADALM1000 以扫描 –5 V 至 +5 V 电压。
　　
　　图 2.从 –5 V 到 +5 V 扫描二极管。
　　通道 A 编程为从 0 V 扫描至 5 V，而通道 B 编程为从 5 V 扫描至 0 V，通道间的差值出现在电阻两端，用于限制电流和二极管。时域波形如图 3 所示。绿色曲线是通道 A 电压，橙色曲线是通道 B 电压，黄色曲线是通道 B 电流（通道 A 电流未显示，其与通道 B 电流刚好相反）。
　　
　　图 3.电压和电流波形与时间的关系。
　　我们可以将这些测量数据彼此对照以绘制成图，并同时进行一些简单的数学计算。我们想绘制的是通过二极管的电流与二极管两端电压的关系。为了计算二极管两端的电压，我们可以从通道 A 和通道 B 的电压之差中减去电阻上的压降 （V = I×R）。下面的 Python 方程式（用在 ALICE 中）可执行该计算：
　　VBuffB［t］– VBuffA［t］– IBuffB［t］ × 100 Ω
　　VBuffB［t］– VBuffA［t］– IBuffB［t］ × 100 Ω
　　4.其中 100 为电阻的值。二极管电流与该方程式的关系曲线如图 4 所示。
　　
　　图 4.二极管电流与 –5 V 至 +5 V 电压的关系。

　　信号源测量单元有何用途？
　　许多日常物品都会通过 SMU 进行测试，作为工厂测试和质量控制流程的一部分。家中照明使用的 LED 灯和屋顶上安装的太阳能面板，都已利用 SMU 进行测试，这是制造过程的一部分。
　　ADALM1000 专为正在研究下一代电子设备的工程专业学生使用而设计。从碳纳米管、量子阱异质结构到生物膜、生物传感器，要了解大量材料和器件如何导电，必须使用 SMU。简言之，您可以利用 ADALM1000 去了解任何器件在 DC 或低频、–5 V 至 +5 V 电压范围内的电气特性，并测量 ±0.1 mA 至 180 mA 的电流。