測(cè)試設(shè)備制造商總是盡力推動(dòng)從SMU每秒讀出更多的讀數(shù)。SMU的數(shù)字引擎得到升級(jí)，通信信道的帶寬增加，但最終提高速度最有效的方法就是降低測(cè)量本身的時(shí)間。由于卓越的抗噪能力，大多數(shù)SMU使用積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，并可以更好的獲得精確的高分辨率結(jié)果。然而，從積分ADC得到的測(cè)量的質(zhì)量直接與時(shí)間相關(guān)，因?yàn)樗黄冗\(yùn)行的很快，因此測(cè)量的質(zhì)量被降低。

　　通過將輸入信號(hào)的值轉(zhuǎn)換為輸入電壓電平給電容充電的時(shí)間和反極性參考電壓給電容放電的時(shí)間之間的關(guān)系，那么積分ADC能夠產(chǎn)生杰出的測(cè)量結(jié)果。對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雙斜率積分ADC，這種關(guān)系表示為Vin = VREF(td / tc)，其中Vin是被測(cè)信號(hào)，Vref是參考電壓，td是電容放電時(shí)間，tc是電容充電的時(shí)間。通過對(duì)電容充電一段時(shí)間，輸入信號(hào)的噪聲尖峰經(jīng)過平均后輸出，因此在測(cè)量中最大程度地減少了噪聲，提高了精度。對(duì)充放電周期中固定速率時(shí)鐘的時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，以此來(lái)測(cè)量電容進(jìn)行充放電的時(shí)間。假定tc和td為時(shí)鐘周期數(shù)，由這個(gè)方程可以看出，精度是由電容充電(tc)的時(shí)間所提供的。當(dāng)允許流過更長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，tc計(jì)數(shù)變得更大，它提高了參考電壓(Vref)被拆分的步長(zhǎng)數(shù)。簡(jiǎn)單地說，tc計(jì)數(shù)變長(zhǎng)，測(cè)量的分辨率將會(huì)增加。

　　從這個(gè)等式可以看到儀器制造商可控制的變量是充電時(shí)間(tc)。為了加快測(cè)量，有必要允許積分ADC具有更少的充電時(shí)間，但是這樣做會(huì)降低測(cè)量的分辨率。吉時(shí)利數(shù)字源表儀器使用積分ADC，但是為了應(yīng)對(duì)速度提升帶來(lái)的分辨率的損失，他們引入了具有增強(qiáng)型多斜坡降低方法的積分ADC來(lái)替代更多的傳統(tǒng)的雙斜率方法。增強(qiáng)型多斜率下降積分ADC采用了多種創(chuàng)新技術(shù)以加快放電時(shí)間，允許在不降低充電時(shí)間的前提下提高速度，這樣就保證了最終的測(cè)量分辨率。這種類型的積分ADC如何工作已超出本文的范圍，但可在其它地方找到完整的描述。使用多斜率下降方法的創(chuàng)新技術(shù)允許吉時(shí)利使用積分型ADC的 SMU得到業(yè)界最快的高分辨率讀數(shù)。

　　吉時(shí)利2600A系列數(shù)字源表儀器使用增強(qiáng)型多斜率下降積分型ADC，具有每秒讀取20000個(gè)讀數(shù)的能力。然而，對(duì)于需要更快測(cè)量的應(yīng)用，積分ADC損失了分辨率和精度，因此必須使用不同類型的ADC。

　　吉時(shí)利型號(hào)2651A高功率源表儀器包含一個(gè)積分ADC和18位高速數(shù)字化ADC，具有每秒讀出高達(dá)百萬(wàn)個(gè)讀數(shù)的能力。使用此高速ADC，2651A具有市面上所有SMU中最高的讀出速率，同時(shí)仍保持高的測(cè)量分辨率。

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　　圖3：型號(hào)2651A的18位高速數(shù)字化ADC捕獲300微秒50A的脈沖

　　圖3解釋了型號(hào)2651A高數(shù)字化ADC的能力。此ADC使用400個(gè)采樣和一微秒的時(shí)間間隔，使得它可以完整捕獲全部300微秒50A的脈沖。有了這樣的功能，型號(hào)2651A不需要額外的測(cè)試設(shè)備，也可以準(zhǔn)確地捕捉設(shè)備的瞬態(tài)及熱效應(yīng)。

　　多通道的可擴(kuò)展性

　　無(wú)論單個(gè)SMU可能的速度有多快，當(dāng)集成到系統(tǒng)中性能降低的話，它的優(yōu)點(diǎn)也被浪費(fèi)。部件SMU本質(zhì)上較少受這個(gè)問題的影響，這要?dú)w功于他們的高速及通過PCI或PCIe背板(133MB / S的PCI 250MB / S的PCIe x1)連接到主機(jī)系統(tǒng)的低延遲。相反地，基于儀器的SMU是通過外部總線如GPIB和主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信，GPIB的速度只是背板速度(1.8MB / s標(biāo)準(zhǔn))的一小部分。吉時(shí)利的工程師在設(shè)計(jì)2600A系列源表儀器時(shí)意識(shí)到了這點(diǎn)，并通過使用測(cè)試腳本處理器(TSP?)使其脫離主機(jī)系統(tǒng)自主運(yùn)作，并通過稱為TPS-Link?的技術(shù)的高速、低延遲總線進(jìn)行相互通信和同步。

　　傳統(tǒng)的基于儀器源測(cè)量單元(SMU)要求每次從主機(jī)的一條總線傳送一個(gè)命令，因?yàn)樗袃x表共用一條總線，每次只能供一個(gè)儀表使用和通信。由于總線速度緩慢，大部分時(shí)間用于在總線和儀表之間發(fā)送指令和數(shù)據(jù)，而其他儀表經(jīng)常閑置。TSP技術(shù)允許儀器自主運(yùn)行主機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試腳本，幾乎省去了傳輸指令的時(shí)間。一旦腳本裝入基于TSP的源測(cè)量?jī)x表，就可以執(zhí)行整個(gè)測(cè)試序列，主機(jī)只需要傳送一個(gè)命令：指示儀器運(yùn)行腳本。

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　　圖4：TSP-Link網(wǎng)絡(luò)實(shí)例，含3個(gè)源數(shù)據(jù)儀表

　　TSP-Link省去了連接多個(gè)源數(shù)據(jù)儀表的需求，只需一條帶寬有限的GPIB總線就可以滿足需求。有了TSP-Link技術(shù)，只需將一個(gè)源數(shù)據(jù)儀表與GPIB總線相連，其他源數(shù)據(jù)儀表則與“菊花鏈”配置(通過便宜的CAT5e交叉線連接)相連。首先，通過TSP-Link技術(shù)將其他源數(shù)據(jù)儀表連接，這些儀表的源測(cè)量單元(SMU)以第一個(gè)源數(shù)據(jù)儀表的額外源測(cè)量單元(SMU)通道形式出現(xiàn)，通過在第一個(gè)源數(shù)據(jù)儀表上運(yùn)行腳本就可以快速訪問。

　　與組件源測(cè)量單元(SMU)不同，利用TSP-Link技術(shù)實(shí)現(xiàn)的通道擴(kuò)展不限于主機(jī)的少數(shù)插槽。TSP-Link技術(shù)的無(wú)主機(jī)擴(kuò)展最多允許連接32個(gè)儀表，有可能創(chuàng)建一個(gè)包含64個(gè)源測(cè)量單元(SMU)通道的系統(tǒng)。此外，由于源測(cè)量單元(SMU)是基于儀表的，可用電源數(shù)量不限于底板提供的電源。即使在基于大功率組件源測(cè)量單元(SMU)系統(tǒng)中，某些型號(hào)也只能提供最大84W的電源。通過接口TSP-Link可以連接32個(gè)2651A型大功率源數(shù)據(jù)儀表，這樣創(chuàng)建的系統(tǒng)就可以提供6.4kW直流電源。