一种SMU板卡集成浮地高压输出电路和输出控制方法与流程

本发明涉及仪器仪表测试，更具体地，涉及一种smu板卡集成浮地高压输出电路和输出控制方法。

背景技术：

1、源-测量单元(source measure unit， smu)是一种集成电压源、电流源、电压表和电流表的测量单元，广泛应用于各类半导体的测试领域。随着半导体技术的发展，测量单元的要求也越来越高。在对半导体器件进行参数测试时，要求恒压恒流源可以输出较大功率和电压，以满足测试要求。

2、在现有技术中，可以在恒压恒流源，使用高压运放，来提高恒压恒流源输出电压，运放本身参数的限制，有以下问题：（1）无法实现高压、大电流输出，可扩展性差；（2）由于电路架构引起的电流采样运放共模抑制比不够高，最终造成不同电压输出条件下，输出电流测量精度差的问题；（3）负载适应性较差，在某些的负条件下输出容易振荡，无法稳压等不可接受的技术问题，存在一定局限性，且成本较高，因此，如何对大功率，高电压的晶体管进行参数测试成为一个关键问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种smu板卡集成浮地高压输出电路和输出控制方法，电路采用浮地设计，无需高压运算放大器，可以有效降低电路成本，并提高输出电压及输出精度。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种smu板卡集成浮地高压输出电路，包括：

3、主控单元，第一模数转换单元，参数测量单元，误差放大器，功率放大器，采样电阻，电流采集单元和电压采集单元；所述浮地高压输出电路的输出端包括第一输出端和第二输出端；所述参数测量单元包括数模转换器、比较器和钳位电路；

4、所述主控单元与所述参数测量单元、所述误差放大器、所述功率放大器、所述采样电阻和所述第一输出端依次连接；

5、所述电流采集单元与所述采样电阻两端相连，所述电流采集单元还与所述参数测量单元相连；

6、所述电压采集单元与所述第一输出端、所述第二输出端相连，所述电压采集单元还与所述参数测量单元相连；

7、所述电流采集单元和所述电压采集单元还与所述第一模数转换单元、所述主控单元依次相连；

8、所述电压采集单元包括隔离器、第一跟随器、第二跟随器和差分放大电路，其中，所述隔离器的输入端与所述第二输出端相连，所述第一跟随器的输入端连接所述第一输出端和所述隔离器的输出端，所述第二跟随器的输入端连接所述隔离器，所述第一跟随器与所述第二跟随器的输出端连接所述差分放大电路的输入端，所述差分放大电路的输出端作为所述电压采样单元的输出端与所述参数测量单元相连。

9、作为本发明的一种优选方案，所述误差放大器包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同向输入端和参数测量单元连接，所述第一运算放大器的反向输入端接第一参考地，所述第一运算放大器的输出端接功率放大器。

10、作为本发明的一种优选方案，所述电流采集单元包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同向输入端和反向输入端作为所述电流采集单元的输入端，分别与所述采样电阻的两端相连，所述第二运算放大器的输出端作为所述电流采集电源的输出端，与所述参数测量单元相连。

11、作为本发明的一种优选方案，所述差分放大电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的同向输入端与所述第二跟随器的输出端连接，反向输入端与所述第一跟随器的输出端连接，所述第三运算放大器的输出端作为所述电压采集电源的输入端，与所述参数测量单元相连；

12、所述第一跟随器包括第四运算放大器，所述第二跟随器包括第五运算放大器，其中，

13、所述第四运算放大器的同向输入端与所述第一输出端连接，反向输入端与所述隔离器的输出端连接；所述第五运算放大器的同向输入端与所述隔离器的输出端连接，反向输入端与所述第五运算放大器的输出端连接；所述第四运算放大器与所述第五运算放大器的输出端连接所述差分放大电路的输入端；

14、所述隔离器包括第六运算放大器，所述第六运算放大器的同向输入端与第二参考地连接，反向输入端与所述第六运算放大器输出端连接。

15、作为本发明的一种优选方案，所述电流采集单元与所述差分放大电路中的运算放大器采用第一电压供电，参考地为第一参考地；所述第一跟随器与所述第二跟随器中的运算放大器采用第二电压供电，参考地为第一输出端；所述隔离器中的运算放大器采用第三电压供电，参考地为第二参考地；其中，所述第一电压、所述第二电压与所述第三电压的参考地相互隔离。

16、作为本发明的一种优选方案，所述功率放大器的输出电压小于等于第一阈值时，所述功率放大器采用第四电压供电；所述功率放大器的输出电压大于第一阈值时，所述功率放大器采用第五电压供电；所述第四电压与所述第五电压的参考地为所述第二参考地；所述功率放大器的供电电路通过开关切换。

17、作为本发明的一种优选方案，所述参数测量单元包括独立的数模转换器、比较器和钳位电路；所述数模转换器、所述比较器、所述钳位电路至少有两个；

18、其中，第一数模转换器、第一比较器和第一钳位电路依次相连，第二数模转换器、第二比较器和第二钳位电路依次相连；所述主控单元与所述第一数模转换器、所述第二数模转换器相连，所述误差放大器与所述第一钳位电路、所述第二钳位电路相连，所述电流采集单元连接在所述第一比较器的输入端，所述电压采集单元连接在所述第二比较器的输入端。

19、作为本发明的一种优选方案，所述参数测量单元是集成了数模转换器、比较器和钳位电路的集成芯片；所述所述电流采集单元和所述电压采集单元经过所述集成芯片与所述第一模数转换单元、所述主控单元依次相连。

20、作为本发明的一种优选方案，还包括第二模数转换单元，所述第二模数转换单元直接与所述电流采集单元和所述电压采集单元的输出端相连，还与所述主控单元相连。

21、按照本发明的第二个方面，还提供了一种smu输出控制方法，应用于如上述任一项所述的smu板卡集成浮地高压输出电路，包括：

22、主控单元向参数测量单元发送控制信号，依次经数模转换器、比较器和钳位电路后生成输出数据至误差放大器；

23、误差放大器和功率放大器共同生成整个电路的输出电信号；

24、电压采集单元采集输出的电压信号，电流采集单元采集输出的电流信号，经第一模数转换单元反馈至主控单元，用于上报所述电压信号和所述电流信号；

25、所述电压信号和所述电流信号还被反馈至所述比较器，用于对所述输出数据进行调节。

26、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

27、（1）本发明提供的smu板卡集成浮地高压输出电路，采用浮地设计，无需高压运算放大器，可以有效降低电路成本，并提高输出电压及输出精度；

28、（2）本发明提供的smu板卡集成浮地高压输出电路，功率放大器部分加入多级电源切换，可以减少发热量，提高输出功率；

29、（3）本发明提供的smu板卡集成浮地高压输出电路，采用集成芯片替代数模转换器和钳位电路，可以减小体积，实现多通道输出。