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技术文章—CVU 电容电压单元进行fF飞法电容测量( 二 )


为成功地进行低电容测量 ， 一定要在 Configure 视图窗口中相应地调节测量和定时设置 。 为进行最优调节 ，部分建议如下：
测量设置：用户可以控制的部分设置是电流测量范围、AC驱动电压和测试频率 。 这对测量非常重要 ， 因为确定器件电容的公式中涉及到这些项目 。 CVU从 Iac、Vac和测试频率中计算器件电容 ， 公式如下：
技术文章—CVU 电容电压单元进行fF飞法电容测量
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观察公式中的关系 ， 可以推导出最优的设置 ，包括电流测量范围、AC 驱动电压和测试频率 。 CVU 有三个电流测量范围：1mA、30mA 和 1mA 。 对噪声最低的最低电容测量 ， 应使用最低的电流范围：1mA 范围 。
AC 驱动电压可能会影响测量的信噪比 。 AC 噪声电平保持相对恒定 ， 使用更高的 AC 驱动电压则会生成更大的AC电流 ， 从而改善信噪比 。 因此 ， 最好使用尽可能高的 AC 驱动电压 。 在这个项目中 ， 我们使用了1 V AC 驱动电压 。
对超低电容测量 ， 理想情况是使用大约 1 MHz 的测试频率 。 如果测试频率远远高于 1 MHz ， 那么传输线效 应会提高成功进行测量的难度 。 如果测试频率较低 ，那么测量分辨率会下降 ， 因为测试频率和电流是成比例的 ， 所以测量噪声会提高 。
定时设置：可以在 Test Settings 窗口中调节定时设置 。Speed 模式设置允许用户调节测量窗口 。 对超低电容 测量 ， 可以使用 Custom Speed 自定义速度模式设置测量时间 ， 实现想要的精度和噪声 。 基本上 ， 测量时间或窗口越长 ， 测量的噪声越少 。 噪声与测量时间的 平方根成反比 ， 如下面的公式所示：
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通过计算电容测量的标准方差 ， 可以得到噪声 。 在Clarius软件中 ， 使用 Formulator 可以自动完成这一计算 。 cap-meas-uncompensated 测试自动计算噪 声 ， 把得到的值返回 Sheet 。 可以在 Test Settings窗口中 ， 使用Custom Speed 自定义速度模式调节测量窗口 ， 如图3所示 。
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图 3. Test Settings 窗口中的 Custom Speed自定义速度模式 。
测量窗口的时间可以用下面的公式计算：
测量窗口 = ( 模数转换孔径时间 ) * (FilterFactor2 或滤波数 )
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表 1. 1 fF电容器的测量时间相对于噪声关系 。
表 1 列出了 CVU 噪声与测量窗口的关系 ， 其使用 1 fF 电容器连接到 CVU 的端子 ， 在 2 线配置下生成 。我们取15个读数的标准方差 ， 使用0 V DC、1 MHz 和1 V AC驱动电压设置获得测量 ， 计算出噪声 。 这一数据验证了噪声随测量时间提高而下降 。 注意 1 秒及以上测量时间的噪声为阿托法拉或 1 E-18F级 。 每个测试环境中可能要求进行实验 ， 来确定测试的最优测量时间 。
执行测量
一旦硬件和软件配置完成 ， 我们就可以执行测量 。 在理想情况下 ， 4200A-SCS应预热至少一小时 ， 然后再进行测量 。 用下面四步获得补偿后的测量 ， 重复测试结果 。
1. 测量器件的电容 。 在项目树中选择 cap-meas-uncompensated 测试 。 在 Configure 视图中 ， 根据 器件和应用调节测试设置 。 运行测试 。
2. 测量开路 。 在项目树中选择 open-meas 测试 。 把 测试设置调节到与 cap-meas-uncompensated 测 试中的测试设置完全相同 ， 包括数据点数和电压阶 跃数 。 只断开 CVH (HCUR 和 HPOT) 电缆 。 确保未 端接的电缆盖上帽子 。 运行开路测试 。


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