泰克6221/2182A交流和直流電流源

泰克6221/2182A交流和直流電流源

6220直流電流源和6221交流/直流電流源是非常易于使用的超低電流噪聲電流 源。低電流的產生在從許多研發到生產，尤其是在半導體、納米技術和超導行業方 面的測試環境應用非常重要。高準確度的源和內建控制功能使6220和6221成為霍爾 測量、使用delta模式的電阻測量、脈沖測量和微分電導測量等應用的理想選擇。

6220和6221的特點:

• 源和阱（可編程負載）100fA～ 100mA
• 1014Ω輸出阻抗確保能為各種負 載提供穩定的電流源
• 65000點源存儲容量允許直接從 電流源執行全面測試電流掃描
• 內建RS-232、GPIB、觸發鏈路和 數字I/O接口
• 可重配置三同軸輸出，便于帶防 護功能的應用需求
• 220型仿真模式無需對現有應用 重新編程

6221*特點:

• 4pA～210mA峰峰值交流電流源， 用于元件和材料的交流特性分 析。6221的10MHz輸出更新速率 能夠產生100kHz的光滑正弦波
• 內建1mHz～100kHz頻率范圍的標 準波形和任意波形。應用領域包 括復雜可編程負載或傳感器信號 以及噪聲仿真
• 短至5μs的可編程脈寬，能夠 限制元件的功耗。當配合 2182A納伏表使用時，能測量 窄50μs的脈沖I-V
• 內置以太網接口，無需GPIB控制 卡即可輕松實現遠程控制

• 納米技術
  -微分電導
  -脈沖式信號源與電阻
• 光電應用
  -脈沖式I-V
• 替換交流電阻橋（當結合2182A使用時）
  -低功率電阻測量
• 替換鎖定放大器（當結合2182A使用時）
  -低噪聲電阻測量

對精密、低電流源的需求。對當今小型和高功率效率電子器件的測試和特性分 析需要輸出低電平電流，這需要采用精密的低電流源。較低的激勵電流在器件兩端 產生較低（因而更難測量）的電壓。將6220或6221與2182A納伏表組合可以妥善地處 理這兩方面的挑戰。

交流電流源和電流源波形發生器。6221是市面上唯yi—款低電流交流電流源。 在推出6221之前，研究人員和工程師不得不自己搭建交流電流源。這款經濟有效的 源在準確度、*性、可靠性和魯棒性方面比“自制”方案更好。6221也是唯yi市面 有售的電流源波形發生器，它能極大地簡化創建和輸出復雜波形。

編程簡單。這兩款電流源可以從前面板控件或從外部控制器通過RS-232或 GPIB接口進行*編程；6221還具有以太網接口，可以通過任何以太網連接進行遠 程控制。這兩款儀器能輸出100fA～105mA的直 流電流；6221還能輸出4pA～210mA峰峰值的 交流電流。這兩款電流源能以10mV步長設置 0.1V～105V的輸出電壓。大電壓（電流源輸出 電流時能達到的電壓極限）的重要性在于應用 中過壓可能損壞被測器件（DUT）。

直接替換220型電流源。6220和6221構建在 吉時利很受歡迎的220型可編程電流源之上； 在現有應用中，用6220/6221替換220型就能很 容易地實現220型的仿真模式，無需重寫控制 代碼。

容易設定和執行電流掃描。6220和6221都 提供設定電流斜波的工具，并且通過使用觸發 器或定時器以步進式輸出多達65,536種輸出值 的預定義序列。這兩款電流源都支持線性、對 數和自定義方式掃描。

6221結合了高分辨率電流源和兆赫茲的更新速率，因而它以高保真度模擬的電流 信號與模擬電流斜波很難分辨。

免費的儀器控制實例啟動軟件

電流源的儀器控制實例軟件簡化了采用吉時利2182A執行基本電流源任務以及調 整復雜的測量功能。這款在LabVIEW編程環境中開發的軟件包含一份進階測量指南， 這有助于用戶設置儀器和正確連接，以及設置基本電流源功能。此軟件包具有支持 delta模式、微分電導和脈沖模式測量等*工具。使用此軟件包，用戶能打印用于任 何預編程函數的儀器指令，它提供在定制應用中包含這些函數的起點。

微分電導

微分電導測量是非線性隧道器件和低溫器件重要和關鍵的測量之一。數學上 的微分電導是器件I-V曲線的導數。6220或6221與2182A納伏表的結合使用是業內完 整的微分電導測量方案。這些儀器組合也是較快的方案：比其它可選方法的速度快10 倍而且噪聲低很多。在一次測量中就能獲取數據，無需經過通過多次掃描再將結果進 行平均，這既耗時又容易產生誤差。而且，622X和2182A簡單易用，因為它們的組合可 以作為單臺測量儀器使用。它們簡單的連接消除了其它方案很難處理的隔離和噪聲電 流問題。

圖1. 運行、分析和顯示微分電導測量。

Delta模式

初，吉時利為電壓和電阻低噪聲測量開發的delta模式法需要將2182納伏表和可 觸發外部電流源結合使用。實際上，delta模式能自動觸發電流源使信號極性交替變 化，然后在每個極性上觸發納伏表讀數。此電流反向法消除了任何恒定的熱電失調， 從而確保測量結果反映了真實的電壓值。

同樣地，這種基本方法已在622X和2182A的delta模式中采用，但是此方法在實現 中已被極大地增強和簡化。現在，此方法消除了隨時間漂移的熱電失調，只用以前方 法的一半時間就能產生結果，而且允許電流源控制和設置納伏表，因而僅需兩次按鈕 便能完成測量設置。改進的熱電失調消除和較高的讀速率可將測量噪聲降低至1n

圖2. Delta模式提供1000:1噪聲衰減

Delta模式能準確測量低電壓和小電阻。將622X和2182A正確連接后，用戶只 用按下電流源的Delta按鈕，再按下Trigger按鈕，就能啟動測試。622X和2182A能 無縫地配合工作并能通過GPIB接口（6221的GPIB或以太網接口）進行控制。622X 提供免費的控制軟件實例，包括“帶領”用戶完成delta模式設置過程的指南。

脈沖測試

即使測量過程本身引入的少量熱量也會提升DUT的溫度，從而使測試結果偏 移或甚至損壞器件。通過在脈沖測量過程中為提供用戶設置*的脈沖電流幅 度、脈沖間隔、脈沖寬度和其它脈沖參數等大靈活性，6221的脈沖測量功能使 DUT的功耗降至低。

6221憑借全量程微秒級上升時間使短脈沖（因而降低了熱耗散）成為可 能。6221/2182A組合使脈沖和測量同步——可以在6221施加脈沖后16μs立即開 始測量。包括完整的納伏級電壓測量在內的整個脈沖寬度可僅為50μs。6221和 2182A之間的工頻同步消除了電力線相關的噪聲。

標準波形和任意波形發生器

6221是市面上weiyi一款低電流電流源波形發生器。它能設置產生基本波形 （正弦波、方波、三角波和斜波）并且用支持逐點定義波形的任意波形發生器 （ARB）來定制波形。它能以10兆次采樣/秒的輸出更新速率產生1mHz～100kHz頻 率范圍的波形。

性能優于交流電阻橋和鎖定放大器

相對交流電阻器橋和鎖定放大器而言，622X/2182A組合具有許多優點，包括 噪聲低、輸出的電流更小、測量的電壓更小、到DUT的功耗更小而且成本低。而 且，無需電流前置放大器。

6221還能在已經采用鎖定放大器 的應用中，擴展鎖定放大器的功能。 例如，它能清潔信號并且其輸出同步 信號使其成為鎖定應用（例如測量器 件的第二和第三諧波響應）的理想輸 出源。

6220和6221與自制電流源比較

許多需要電流源的研究人員和工 程師嘗試用電壓源和串聯電阻器來 湊合。這是需要交流電流時的常用方 法。這是由于在6220/6221推出之前 市面上沒有交流電流源出售。然而， 自制的電流源與真電流源相比有許多 缺點：

• 自制電流源沒有大電壓。您可能 想確定在您自制的“電流源”端子 上的電壓永遠不超過某個界限（例 如，就許多光電器件來說是1～2V） 。實現這個直接方法是將電壓源 降至那個電壓界限。這需要降低串 聯電阻以獲得所需的電流。如果您 想設置不同的電流，就必須改變電 阻器的同時電壓保持不變！另一種 可能的辦法是給DUT并聯一個保護 電路。這些操作沒有精密的電壓控 制并且總是用作并聯器件，因而“ dao取”了一部分流向DUT的設置電 流。
• 自制電流源的輸出不可預測。使用 由電壓源和串聯電阻器制成的自 制“電流源”，DUT的阻抗構成分壓 器。如果DUT電阻是*可預測的， 那么就能知道電流，但如果DUT電阻 像大多數器件那樣未知或變化，那 么電流不再簡單地是施加電壓的函 數。讓電流源可預測的*方法是 使用*電阻值的串聯電阻器（并 且相應地采用高壓電壓源），這與 所需的大電壓恰好矛盾。
  雖然可以知道（如果不能控 制）來自這種不可預測電流源的實 際電流，但是也需要付出代價。這 可以補充測量電流（例如用電壓表 測量串聯電阻器的壓降）來實現。 這種測量能被用作反饋以改變電壓 源或簡單地記錄下來。無論是哪種 方法，它都需要附加的設備，這進 一步增加了復雜度或誤差。更糟的 是，如果自制電流源采用大串聯電 阻進行一般預測，那么此回讀需要 用靜電計以確保準確度。

2182A納伏表

2182A擴展了吉時利原有2182納伏 表的功能。雖然6220和6221兼容2182 ，但是使用2182進行delta模式和微 分電導測量需要的時間是使用2182A 的兩倍。與2182A不同，2182不支持脈 沖模式測量。

圖3. 工頻同步的測量將50Hz/60Hz干擾降至低。

圖4. 使用6221和免費的啟動控制軟件實例，通 過加、乘、連接起來，或者對標準波形施加濾波 器等操作輕松創建復雜波形。

622X/2182A組合的應用

• 容易協調儀器而且直觀的軟件實例簡 化了許多應用的設置和操作。
• 10nΩ～100MΩ電阻測量范圍。一種測 量系統可用于寬范圍器件。
• 以低噪聲性能替代用于測量電阻的交 流電阻橋和鎖定放大器。
• 以50μs的窄脈寬調整脈沖和測量（僅 6221）。
• 測量微分電導的速度比以前的方案快 10倍而且噪聲較低。微分電導是用于 描述襯底材料能態密度的半導體研究 的重要參數。
• Delta模式使電阻測量中的噪聲降低了 1000倍。
• 對于低阻抗霍爾測量，622X/2182A組 合的delta工作模式具有業界領xian的 噪聲性能和接觸電位抑制。對于較高 阻抗霍爾測量（大于100MΩ）,4200- SCS能取代電流源、開關和多種高阻抗 電壓測量通道。這提供了帶預編程測 試項目的完整方案。

泰克6221/2182A交流和直流電流源
 

電流指標

電流源的附加指標

輸出電阻：>1014 Ω（2nA/20nA量程）。
輸出電容：<10pF，<100pF濾波器開（2nA/20nA量 程）。
負載阻抗：穩定至10μH（典型值），100μH對于6220 ，或對于慢速輸出響應的6221。
電壓極限（大電壓）：雙極性電壓極限設為單一 值。以0.01V可編程步長的0.1V～105V。
大輸出功率：11W，4象限源或阱工作。
防護輸出準確度：±1mV用于輸出電流<2mA（不包含 輸出引線壓降）。
程序存儲器：地址數：64K。提供逐點控制和觸發， 例如掃描。
大觸發速率：1000/s。
10Hz～20MHz噪聲有效值（2nA～20mA量程）：低于 1mV有效值，5mV峰峰值（至50Ω負載）。

電流源注解：

1.建立時間至電阻性負載，其中大電阻值等 于2V/Ifullscale全量程范圍。參見手冊獲取其它負 載的情況。
2.至0.1%終值的建立時間通常是1%的建立時間2 倍以下。
3.典型值未經證實，適用于23°C，代表50%段指 （50th percentile），并且僅作為有用信息。

2182A的測量功能

DUT電阻：達1GΩ（1ns）（100MΩ極限適于脈沖模 式）。
Delta模式電阻測量和微分電導：以高達24Hz反向 速率控制吉時利2182A納伏表（2182，以12Hz）。
脈沖測量（僅6221）：
脈沖寬度：50μs～12ms，1pA～100mA。
重復間隔：83.3ms～5s。

任意函數發生器（僅6221）

波形：正弦波、方波、斜波和4種用戶定義的任意波形。
頻率范圍：1mHz～100kHz。5
頻率準確度：±100ppm（1年）。
采樣速率：10 MSPS。
幅度：4pA～210mA峰峰值至高達1012Ω負載。
幅度分辨率：16 bit（包括符號位）。
幅度準確度（<10kHz）5：
幅度：±（1%讀數+0.2%量程）。
偏移：±（0.2%讀數+0.2%量程）。
正弦波特性：
幅度平坦度：低于1dB至100kHz6。
方波特性：
過沖：大值的2.5%6。
可變占空比4：可設置至1μs脈沖寬度小值，0.01%可編程分辨率。
抖動（有效值）：100ns+周期的0.1%6。
斜波特性：
線性度：低于峰值輸出的0.1%至10kHz6。
任意波形特性：
波形長度：2～64K點。
抖動（有效值）：100ns+周期的0.1%6。

波形注解：

4.可實現的小占空比受電流量程響應和負載阻抗的 限制。
5.幅度準確度可應用至2V/I全量程范圍的大阻性負 載。幅度衰減將出現在較高頻率上，取決于電流量程 和負載阻抗。
6.這些指標僅對20mA量程和50Ω負載有效。

綜合說明

共模電壓：250V有效值，直流。
共模隔離：>109Ω，<2nF。
遠端接口：
SCPI（用于可編程儀器的標準命令）。
數字I/O：1觸發輸入，4 TTL/時延驅動輸出。
輸出連接：
特氟綸材料絕緣的3接線柱三同軸接頭用于輸出。
香蕉安全插座用于GUARD，OUTPUT LO。
螺釘端子用于CHASSIS。
DB-9連接器用于EXTERNAL TRIGGER INPUT，OUTPUT和DIGITAL I/O。
2位置螺釘端子用于INTERLOCK。
工作環境：
工作條件：0°C～50°C，70%相對濕度至 35°C。在35°～50°C條件下，相對濕度降低 3%/°C。存儲條件：–25°C～65°C，設計確 保。
EMC：符合歐盟指令89/336/EEC，EN 61326-1。
安全性：符合歐盟指令73/23/EEC，EN61010-1。
振動：MIL-PRF-28800F Class 3，隨機。
預熱：1小時達到額定準確度。
被動降溫：無風扇。