我正在学习半导体参数分析仪。这些仪器基于SMU(源和测量单元)，可以在v模式下工作(它们在被测设备上施加一个电压并测量相应的电流)，也可以在i模式下工作(它们在DUT中施加一个电流并测量相应的电压)。突然，出现了这张幻灯片:
这只是一张幻灯片，没有提供进一步的信息，但我不能理解这个电路是如何工作的。我在网上找到了这个电路的不同配置。我可能会猜测，图中的“力”和“意义”是指SMU的“源和测量”特性。此外，我们为什么要使用可变电池呢?为什么我们有两个“强迫”电线(如果我通过Rf1像在图片中，我不需要另一个“强迫”动作通过Rf2对DUT)?为什么我们有两根“感觉”线?
谢谢你！
该图真的很困惑。在右下方的4线连接中，对于电阻测量，“力”导线是（带红色箭头），为正在测试的电阻提供电流。通过“感觉”电线只有电压表所需的电流循环，导致更低的液滴。
在该示例中，测量电流和电压，但是电压源和电流测量可以由已知电流源代替。当您从左侧的电路计算电流和电压值时，您实际上计算了添加到DUT的探头电线的电阻。
关于“力电压”“测量电流”，您提到，如果在左侧的电路上，则想使用Voltmeter。您将测量通过DUT的电流，但已知的电压将应用于DUT的系列关联，探针电线和当前的计。这将使错误变得更糟。
我可能会猜测图片中的“力”和“感觉”单词参考SMU的“源和测量”属性。
正确的。每个SMU可以输出一个“力”信号(激励信号)，它可以测量(“感知”)该信号对被测设备(DUT)的影响。
此外，我们为什么要使用可变电池呢?
这种可变电池被称为“接地单元”(GNDU)。它是一个有源电路，为参数测量产生一个非常精确的参考电位。电路的地面噪音太大，对超精确的电压和电流测量不起作用。例如，Keysight Technologies的B1505A功率器件分析仪可以测量低至“亚皮安培”水平(<1E-12安培)的电流。如果没有一个超干净的、主动驱动的“虚拟地面”参考电位，这种测量分辨率是不可能实现的。
为什么我们有两个“强迫”电线(如果我通过Rf1像在图片中，我不需要另一个“强迫”动作通过Rf2对DUT)?为什么我们有两根“感觉”线?
考虑图1所示的电路。伏特计VM1具有很高的输入阻抗;因此，所有(或几乎所有)I1的电流都流过两个测试引线和DUT。
图1. 2线电阻测量。
电压表VM1测得的电压为
$ $ VM1 = I1 \ (R_ {TestLead} + R_ {DUT} + R_ {TestLead}) $ $
目前的来源\ $ i1 \ $输出已知(校准)电流电平。伏特计VM1测量两个测试引线和DUT之间的电压，然后设备分析仪使用欧姆定律来计算DUT电阻的测量值\ $ R_ {DUT(量)}\ $：
$ $ \{对齐*}开始R_ {DUT(量)}& = \压裂{VM1} {I1} \ \ & = \压裂{I1 \ (R_ {TestLead} + R_ {DUT} + R_ {TestLead})} {I1} \ \ & = R_ {TestLead} + R_ {DUT} + R_ {TestLead} \{对齐*}$ $
每个测试引线的电阻为\ \ 100美元,mω\ \ $，而被DUT的真实电阻值为R_美元\ \ {DUT} = 1, kω\ \ $．在这种情况下，测试引线中的电阻引入了DUT值的测量值约0.02％的误差。
$$ \ begin {align *}错误\％＆= \ frac {true-true} {true} \ times 100 \\＆= \ frac {r_ {dut（meas）} - r_ {dut}} {r_ {dut}} \ times 100 \\＆= \ frac {（0.1 + 1000 + 0.1）\，\ oomega - 1000 \，\ oomega} {1000 \，\ oomega} \ times 100 \\＆= 0.02 \，\％\结束{align *} $$
因此，如果测试引线内的电阻远小于被DUT的电阻，则可以忽略测试引线电阻项进行计算美元\ R_ {DUT} \ $作为
$$ r_ {dut（meas）} \ \ inte \ frac {vm1} {i1} \ bigg \ rfter_ {r_ {testlead} \ lll r_ {dut}} $$
然而，如果DUT的阻力非常小 - 例如，几欧姆或更少，则不能忽略测试铅电阻，因为它会在DUT的电阻的测量中增加了显着的误差。
每个测试引线的电阻为\ \ 100美元,mω\ \ $，而被DUT的真实电阻值为\ $ r_ {dut} = 1 \，\ oomega \ $．在这个测试案例中，两个测试引线的电阻给被试的测量值带来了约16.7%的误差。而这个误差不包括电压表本身的测量误差，进一步增加了测量的总体不确定度。
$ $ \{对齐*}开始错误\ % & = \压裂{Measured-True}{真}\乘以100 \ \ & = \压裂{R_ {DUT(量)}-R_ {DUT}} {R_ {DUT}} \乘以100 \ \ & = \压裂{(0.1 + 1.0 + 0.1)\ \ω- 1.0 \ \ω}{ω1.0 \ \}\乘以100 \ \ & = 16.7 \ \ % \{对齐*}$ $
为了提高仪器分析仪在测量小电阻时的测量精度，必须使用“4线”开尔文测量(图2)，而不是图1所示的“2线”连接。
图2。开尔文四线电阻测量。
目前的来源\ $ i1 \ $输出已知(校准)电流电平。回想一下，电压表VM1有非常高的输入阻抗，因此几乎没有电流流过VM1。同样，几乎没有电流流过“检测”测试引线(R_SENSE)，因此在检测测试引线电阻R_SENSE上没有电压变化(电压降)。\ $ V_ {R_{感觉}}\ approx0 \, V \ $，即电压表正在测量被测器件的输入端电压:
$ $ VM1 = \压裂{I1 \ R_ {DUT} \, R_ {VM1}} {R_ {DUT} + 2 R_{感觉}+ R_ {VM1}} $ $
注意电压表的输入阻抗美元\ R_ {VM1} \ $非常高，然后通过l'hôpital的规则：
$$ \ lim_ {r_ {vm1} \ lightarrow \ idty} vm1 = i1 \，r_ {dut} = v_ {dut} $$
当用于计算DUT的电阻时，4线kelvin测量中的测量电压产生的电阻值，与2线测量相比，计算的电阻值更接近DUT的真正电阻值。如果设备分析器计算DUT的电阻值
$ $ R_ {DUT(钙)}:= \压裂{VM1} {I1} = \压裂{R_ {DUT} \, R_ {VM1}} {R_ {DUT} + 2 R_{感觉}+ R_ {VM1}} $ $
然后，Kelvin测量中的标称百分比误差DUT由于电路负载由两个检测测试引线和电压表的输入阻抗引起的电阻
$ $ \{对齐*}开始错误\ % & = \压裂{R_ {DUT(钙)}-R_ {DUT}} {R_ {DUT}} \ 100 \ \ & = - \压裂{R_ {DUT} + 2 R_{感觉}}{R_ {DUT} + 2 R_{感觉}+ R_ {VM1}} \乘以100 \{对齐*}$ $
给定电阻在每个意义上的测试引线\ \ $ R_{感觉}= 0.1,ω\ \ $，DUT的真正阻力是\ $ r_ {dut} = 1 \，\ oomega \ $，电压表的输入阻抗是\ $ r_ {vm1} = 1 \，g \ omega \ $．两个检测引线和电压表的串联阻抗，当与被测部件并联放置时，将-0.00000012%的负载误差引入到被测部件的电阻计算值中。
