對所有的電子元件的制造商而言,，測試速度都是很重要的,，而對于低價格的二、三引腳元件如二,、三極管來說卻更是至關(guān)重要,。在RF測試能夠進行之前，必須測試這些器件的直流工作狀態(tài),。對于二極管來說,，包括正向壓降、反響擊穿電壓和結(jié)漏電流,。對于三極管,，這包括不同的結(jié)擊穿電壓、結(jié)漏電流,、集電極或漏極特性等,。選擇正確的測試儀器并通過適當?shù)脑O(shè)定，能夠極大地加速這些測試過程。
儀器選擇
盡管可以采用各種數(shù)字萬用表(DMM),、電壓源和電流源來實現(xiàn)測試,，但是與將所有這些功能包含在一個單元內(nèi)的測試系統(tǒng)相比，將占用更多的機架空間,、需要學習多種命令集,，系統(tǒng)編程和維護也更復雜。最重要的是,，觸發(fā)時間變復雜了,，且觸發(fā)的不確定性增加了，而協(xié)調(diào)分立儀器的操作增加了總線的通訊流量,，降低了測試效率,。
要解決這些問題，首先是將幾個功能整合到一個儀器中,。源-測量單元(SMU)將精密電壓源,、精密電流源、電壓表,、電流表整合到一個儀器中,，節(jié)約了空間并簡化了設(shè)備間的操作。其次是消除儀器和控制計算機之間的通訊延時,。
降低通訊開銷
隨著儀器和計算機間的高速通訊成為可能,，通過GPIB(IEEE-488總線)鏈接為測試的每個步驟提供命令和控制，使得測試系統(tǒng)自動化更為廣泛,。盡管這與以前相比有很大的進步,，但還是具有明顯的速度限制。首先,，GPIB需要可觀的通訊開銷。GPIB用作實時測試的另外一個缺點是控制通常來自總線的另外一端-運行Windows操作系統(tǒng)的PC,，Windows在通訊響應時具有顯著的延時,，并且不可預測，這使得在測試環(huán)境中使用PC作為唯一的控制器時,，多個儀器的同步幾乎是不可能的,。
圖1：二極管測試時的測量設(shè)備設(shè)置。
這個問題的解決辦法是使用GPIB對儀器進行預配置,，然后讓儀器自己執(zhí)行測試,。許多現(xiàn)代儀器擁有源存儲器列表(source memory list)編程功能，允許設(shè)立和運行多達100個完整的測試序列而無須PC干預,。每個測試可包含不同的儀器配置和測試條件,，可包括源的配置、測量、條件跳轉(zhuǎn),、數(shù)學功能和通過/失敗極限測試和存儲功能,。某些單元可在直流或脈沖模式下，采用不同的參數(shù)和時間安排運行,，使得有可能減慢較敏感的測試,，或加速其它測試以優(yōu)化整個測試時間進程。
當儀器基本上自主運行時,，GPIB的角色就是測試前下載測試程序以及測試后上傳結(jié)果到PC,，兩者都不干涉實際測試。
儀器觸發(fā)
為實現(xiàn)簡單的電流-電壓掃描(I-V),，SMU輸出一系列電壓同時測量對應的電流,。在每個電壓級，SMU首先提供一個電壓,。電路中的電壓變化將引起一個瞬態(tài)電流,，因此對測試完整性而言在激勵和測量之間設(shè)定一個合適的延時很關(guān)鍵。在不同的范圍內(nèi)儀器將自動調(diào)節(jié)延時來產(chǎn)生最佳結(jié)果,。然而,，給測試電路附加額外的部件，例如長電纜,、開關(guān)矩陣等,，這將改變電路的瞬態(tài)特性。對于高阻器件,，較長的測試時間通常是必要的,。在這些情況下，用戶需要定義額外的延時以維持測量的完整性,。
二極管的測試
我們的第一個例子包括測試儀器,、器件傳遞裝置(handler)和PC(圖1)，這里需要注意如何通過內(nèi)部編程來消除大多數(shù)的GPIB通訊來加速測試,。
二極管的生產(chǎn)測試包括驗證步驟確定待測二極管的極性,，然后測試正向壓降、反向擊穿電壓以及漏電流,。
正向壓降是指在某些規(guī)定的正向電流時二極管兩端的電壓,，通過在二極管上通過規(guī)定電流，然后在其兩端測量電壓來得到,。反向擊穿電壓(VRM或VBR)是電流突然無限增加時的反向電壓,，這通過施加反向電流并測量二極管兩端的電壓來測量。讀出的電壓與特定的最低極限相比較以決定測試通過或失敗,。漏電流IR有時也稱為反向飽和電流,，IS是給二極管施加小于反向擊穿電壓的一個電壓時的電流,，它是通過施加一個特定的反向電壓并測量產(chǎn)生的電流來得到的。編寫程序來在源/存儲器儀器的存儲器位置(memory location)中設(shè)置二極管的測試,，然后通過IEEE總線傳來的一個觸發(fā)開始執(zhí)行,，儀器按照存儲器中的設(shè)定編程位置執(zhí)行操作，無須計算機的干預,。
圖2：在三極管測試中一般使用兩臺SMU,，第一臺在HBT基極和發(fā)射極之間，第二臺在發(fā)射極和集電極之間,。
RF功率三極管測試
盡管有許多類型的RF三極管存在,，但我們以異質(zhì)結(jié)雙極性三極管(HBT)為例，類似的測試可用于其它器件,。由于三極管是個三端器件,，通常需要使用兩臺SMU。圖2顯示兩臺SMU連接到器件,，第一臺在HBT基極和發(fā)射極之間,，第二臺在發(fā)射極和集電極之間。為了獲取HBT的集電極曲線,，基極SMU設(shè)置成輸出電流并測量電壓,。設(shè)好第一個基極電流后，在掃描集電極電壓的同事測量集電極電流,。然后基極電流增加一級,，再次掃描集電極電壓并同時測量集電極電流。重復該過程直到獲得不同基極電流情況下所有的集電極I-V曲線,。
儀器的同步
由于希望兩臺儀器都被編程(避免GPIB延遲),，我們希望測試設(shè)置中的所有儀器同步。開始,，這并不成為問題,。例如，如果幾臺SMU擁有同樣的固件,，且采用相同的測試參數(shù)對其編程,，每一步的執(zhí)行時間將相同。而困難來自存儲器位置調(diào)用和自動距離修正(auto-ranging)步驟,，這些步驟花費的時間不確定。
在類似這種情況下需要使用一個外部的,、專門的觸發(fā)控制器,，以保證多個儀器的測量同時發(fā)生。在測試系統(tǒng)采用了不同廠家的設(shè)備,，或者即使來自同樣廠家但觸發(fā)方法不同時,，這特別有用,。
過程如下所述(采用的實例參照了Keithley儀器，但類似的辦法可用于其它廠家的儀器)：
1．觸發(fā)控制器輸出一個觸發(fā)信號到每臺儀器,。
2．從存儲器調(diào)用源存儲器位置,。
3．使能所有儀器的源輸出。
4．每臺儀器按照用戶定義的延時執(zhí)行,。
5．一旦完成延時操作每臺儀器給控制器輸出一個觸發(fā)信號,。
6。觸發(fā)控制器等待每臺儀器輸出的觸發(fā)信號(延時輸出),。
7．觸發(fā)控制器給每臺儀器發(fā)送一個觸發(fā)信號(測量輸入),。
8．每臺儀器開始測量操作。
9．完成測量后,，每臺儀器給控制器發(fā)出一個觸發(fā)信號,。
10．觸發(fā)控制器等待每臺儀器輸出的觸發(fā)信號(測量輸出)。
11．回到步驟1開始下一測試,。
圖3：a：集電極-發(fā)射極擊穿電壓,，基極開路；b：集電極-發(fā)射極擊穿電壓,，基極短路,；c：集電極關(guān)斷電流，ICBO,，及集電極-基極擊穿電壓,，發(fā)射極開路。
特定的三極管測試
HBT通常有兩個重要的擊穿電壓需要測量：第一個是集電極-發(fā)射極擊穿電壓,，可在基極開路或短路時測,，圖3a顯示基極開路(BVCEO或V (BR)CEO)下測量集電極-發(fā)射極擊穿電壓的設(shè)置，圖3b顯示基極短路(BVCES或V(BR)CES)情況下測量集電極-發(fā)射極擊穿電壓的設(shè)置,。另一個擊穿電壓是集電極-基極擊穿電壓(BVCBO或V(BR)CBO),，通常射極開路測量，圖3c顯示了該測試設(shè)置,。在這些測量中,，源-測量單元掃描HBT上的電壓同時測量電流。在達到擊穿電壓之前,，電流將保持非常恒定,，達到擊穿電壓后，電流將突然增加,。
通常RF功率三極管要測的其他參數(shù)有集電極-發(fā)射極持續(xù)電壓,，BVCEO(sus)或VCE(sus)，在基極-發(fā)射極之間的結(jié)上采用反向偏置時集電極-發(fā)射極的擊穿電壓(BVCEV或BVCEX),以及集電極開路時的發(fā)射極-基極擊穿電壓(BVEBO),。
結(jié)漏電流
描述器件關(guān)斷時的漏電流也非常重要,，因為在器件不工作時,，漏電流將浪費功率，會縮短電池供電設(shè)備的工作時間,。最常測量的漏電流參數(shù)是集電極關(guān)斷電流(ICBO),，在集電極和基極之間測量，發(fā)射極開路(圖3c),?；鶚O反向偏置漏電流，也稱為發(fā)射極關(guān)斷電流或發(fā)射極-基極關(guān)斷電流(IEBO),，是另一個最重要的漏電流,，它是器件關(guān)斷時基極的漏電流。
