Cos’è una Source Measure Unit o SMU?

di Doug Mercer

Analog Devices Inc.

Definire in modo opportuno la curva caratteristica di un componente, sia per motivi di studio che professionali, non è un compito banale. Con il dispositivo di Analog Devices descritto in questo articolo si risolve elegantemente il problema, mantenendo la sincronizzazione delle misure.

Un Source Measure Unit (SMU) è uno strumento che combina una funzione di generazione del segnale e una di misura sullo stesso pin o connettore. Può generare tensione o corrente e contemporaneamente misurarle. Integra le capacità di un alimentatore o generatore di forme d’onda, di un multimetro digitale (DMM) o oscilloscopio, di una sorgente di corrente e di un carico elettronico, il tutto in un unico strumento fortemente sincronizzato.

Figura 1. Schema a blocchi di un canale SMU ADALM1000.

Il dispositivo ADALM1000 è fondamentalmente una SMU, ma può anche essere considerato solo come un oscilloscopio o un generatore di forme d’onda. Tuttavia, poiché la funzione di output (generatore) e la funzione di input (oscilloscopio) condividono un pin, può essere utilizzata una sola funzione alla volta.

Perché è importante avere una SMU programmabile?

Per alcuni tipi di test non serve uno strumento programmabile: in questi casi basta leggere un solo valore alla volta, o per poche volte. Tuttavia in altri test può essere necessario raccogliere molti dati in modo da generare un grafico delle prestazioni nel tempo. Farlo manualmente richiederebbe molto tempo e può generare errori. Esistono anche diversi esperimenti che necessitano di una raccolta automatica dei dati per ottenere misurazioni più rapide e accurate, oppure su un arco di tempo più lungo (mesi o addirittura anni). In questi casi è indispensabile un computer per raccogliere i dati ed esportarli in un database per l’analisi.

A cosa servono le tensioni negative?

Non tutti gli esperimenti richiedono tensioni negative. Tuttavia, molti dispositivi funzionano in modo diverso se viene applicata una tensione positiva o negativa. Per capire appieno come funzionano questi dispositivi, dobbiamo essere in grado di cambiare il segno della tensione applicata. Ogni canale SMU dell’ADALM1000 può produrre solo una tensione da 0V a 5V rispetto alla massa. Sono previste uscite fisse da 2,5V e 5V in grado di fornire la corrente sia in sink che in source. Il DUT può essere collegato tra l’uscita a 2,5V e l’uscita SMU piuttosto che a terra, in modo da poter variare la tensione attraverso il DUT da -2,5V a +2,5V. Inoltre, poiché ADALM1000 ha due SMU, il DUT può essere collegato tra le due uscite SMU. Se un canale fa uno sweep da 0V a 5V mentre l’altro varia da 5V a 0V, la tensione attraverso il DUT varia da -5V a +5V.

Ad esempio, si consideri un diodo, un dispositivo che permette all’elettricità di passare in una sola direzione. Per valutare se un diodo è in funzione, è necessario verificare se la corrente passa in entrambe le direzioni. Possiamo farlo in uno dei due modi seguenti. Possiamo misurare il diodo in una direzione, ruotarlo manualmente e misurarlo nell’altra direzione, per poi combinare i set di dati. Oppure possiamo semplicemente misurare il flusso di corrente quando applichiamo tensioni positive o negative. Infatti, questa tecnica è così utile che viene utilizzata per caratterizzare molti tipi di dispositivi che hanno un comportamento simile a quello dei diodi: le celle solari e i LED sono due buoni esempi. La figura 2 mostra come collegare un diodo all’ADALM1000 per portare la tensione da -5V a +5V.

Figura 2. Diodo che passa da –5 V to +5 V.

Con il canale A programmato per passare da 0V a 5V e il canale B programmato per passare da 5V a 0V, la differenza tra i canali appare attraverso la resistenza, che viene utilizzata per limitare la corrente e il diodo. Le forme d’onda del dominio del tempo sono mostrate nella Figura 3. La traccia verde è la