เชื่อว่าหลาย ๆ ท่านอาจจะเคยเห็นอุปกรณ์ source measurement unit (SMU) กันมาบ้าง บางท่านอาจจะเกิดความสงสัยว่า SMU ต่างกับ power supply อย่างไร? จริง ๆ แล้ว SMU สามารถทำได้ทุกอย่างที่ power supply ทำได้ ได้แก่ จ่ายแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าออกไปแล้ววัดแรงดันและกระแสไฟฟ้า แต่หลัก ๆ ที่ SMU สามารถทำได้เพิ่มเติม คือ ความสามารถในการทำตัวเป็นอิเล็คทรอนิกส์โหลด (จ่ายแรงดันไฟฟ้าเป็นบวกแต่กระแสไฟฟ้าเป็นลบ หรือจ่ายแรงดันไฟฟ้าเป็นลบแต่กระแสไฟฟ้าเป็นบวก)
นอกจากนี้ยังมีฟีเจอร์อื่น ๆ เพิ่มเติมอีก เช่น ความสามารถในการสร้างคลื่นสัญญาณ สร้างพัลส์ หรือวัดแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าด้วยความถี่สูงเป็นต้น นอกจากนี้ SMU ยังมีฟีเจอร์อื่น ๆ ที่ควรพิจารณาเพื่อให้เราสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้สะดวกขึ้น ได้แก่
1. ความสามารถในการเชื่อมต่อกับการ์ด (guard connection): โดยปกติแล้วกระแสไฟฟ้าสามารถรั่วจากสายสัญญาณบวกไปยังสายสัญญาณลบซึ่งจะมีผลทำให้ค่าที่วัดได้จากสัญญาณขนาดต่ำนั้นผิดเพี้ยน หาก SMU มีจุดเชื่อมต่อ guard เราสามารถใช้สายสัญญาณ triaxial ต่อเข้ากับ SMU เพื่อป้องกันปัญหานี้ได้
2. ความสามารถในการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าแบบรีโมท (remote sense): ภายในสายสัญญาณที่เราใช้มีค่าความต้านทานอยู่ ซึ่งจะทำใหมีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมสายสัญญาณและแรงดันไฟฟ้าที่เราจ่ายให้อุปกรณ์จะไม่ได้ตามค่าที่กำหนดไว้ ปัญหานี้สามารถป้องกันได้โดยการใช้ความสามารถนี้
3. ความสามารถในการป้องกันแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าเกินกำหนด (over voltage protection/OVP, over load protection/OLP): ด้วยคุณลักษณะบางประการของอุปกรณ์ที่เราต่อกับ SMU อาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินและทำให้ช่องสัญญาณของ SMU และอุปกรณ์อื่น ๆ เสียหายได้ การป้องกันแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าเกินกำหนด (over voltage protection/OVP) จะถูกควบคุมด้วย FPGA ซึ่งสามารถดักจับสัญญาณด้วยความเร็วสูงและตัดการเชื่อมต่อกับ SMU เพื่อป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้น ความสามารถเดียวกันนี้ยังถูกนำมาใช้งานกับการป้องกันกระแสไฟฟ้าเกินกำหนด (over load protection/OLP) อีกด้วย
4. ความสามารถในการต่อพ่วงเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้า (cascade connection): ในบางครั้งเราต้องการจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าที่ช่องสัญญาณที่เราจะจ่ายได้ เราสามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยเอาช่องสัญญาณหลาย ๆ ช่องมาต่อพ่วงกันเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้า โดย SMU ที่จะสามารถใช้งานในลักษณะนี้ได้ต้องมีจุดอ้างอิงของแต่ละช่องสัญญาณแยกจากกัน นอกจากนี้เราต้องระมัดระวังไม่ให้แรงดันที่เราทำการต่อพ่วงสูงเกินกว่าที่ SMU จะรับได้
5. ความสามารถในการต่อขนานเพื่อเพิ่มกระแสไฟฟ้า (parallel connection): ในบางครั้งเราต้องการจ่ายกระแสไฟฟ้าสูงกว่าที่ช่องสัญญาณที่เราจะจ่ายได้ เราสามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยเอาช่องสัญญาณหลาย ๆ ช่องมาต่อขนานกันเพื่อเพิ่มกระแสไฟฟ้า โดยการทำงานลักษณะนี้ต้องทำการต่อแบบ remote sense เนื่องจากทุกช่องสัญญาณต้องมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันและต้องต่อไดโอดเพิ่มเติมเพื่อป้องกันปัญหาจากแรงดันไฟฟ้าที่ต่างกัน นอกจากนี้ SMU บางรุ่นมีฟังก์ชั่น merged channels ซึ่งช่วยให้เห็นช่องสัญญาณที่ต่อขนานกันเป็นช่องสัญญาณเดียวเพื่อป้องกันปัญหาจากการตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าต่างกันและช่วยให้เขียนโปรแกรมง่ายขึ้น
6. ความสามารถในการปรับแต่งค่าพารามิเตอร์สำหรับสร้างสัญญาณ (SourceAdapt): ความสามารถนี้อาจมีชื่อแตกต่างกันไปในแต่ละยี่ห้อของ SMU ด้วยความสามารถนี้เราจะสามารถปรับค่าการตอบสนองของ SMU ให้เป็นแบบ fast/normal/fast หรือปรับแต่งค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ได้แก่ gain bandwith, compensation frequency และ pole-zero ratio โดยตรง เมื่อค่าพารามิเตอร์สอดคล้องกับอุปกรณ์ที่เราจะทำการวัดจะทำให้แรงดันหรือกระแสไฟฟ้าเข้าสู่จุดสมดุลย์ได้อย่างรวดเร็วและทำการวัดได้เร็วขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยป้องกันไม่ให้แรงดันหรือกระแสไฟฟ้ามีค่าสูงเกินไปและทำให้อุปกรณ์เสียหายอีกด้วย
7. ความสามารถในการจำลองอุปกรณ์ (hardware simulation): บ่อยครั้งเราต้องการทดลองเขียนโปรแกรมหรือลองตั้งค่าการทำงานต่าง ๆ ของ SMU โดยไม่มีอุปกรณ์อยู่ด้วย ความสามารถนี้ช่วยให้เราทดลองทำสิ่งต่าง ๆ เหล่านี้ได้และสามารถเริ่มต้นโครงการได้ทันที
หวังว่าบทความนี้จะให้ความรู้ที่จำเป็นในการเลือกใช้ SMU ให้เหมาะสมกับการใช้งาน หากผู้อ่านต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมสามารถติดต่อทีมงาน ติดต่อ ทีมงาน เทคสแควร์ ได้ครับ
บทความที่เกี่ยวข้อง
แนะนำเครื่องมือวัดที่ใช้ในการทดสอบอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor Device)