[实用新型]一种皮纳安级直流电流源高精度校准系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件直流电流特性测量技术领域。 

背景技术

微小电流测量过程中面临诸多问题：易受环境条件、连接电缆、测试夹具、电磁环境、阻抗匹配、噪声等因素的影响。因此，如何对微小电流进行高精度的校准，保障其量值准确可靠是当下的一个研究课题。微小电流参数的量值准确可靠是进行测试的先决条件，作为半导体测试领域关键参数，皮纳安级直流电流校准存在的问题如下：

（1）采用间接测量方法，一般用到GΩ级高值标准电阻（1GΩ、10GΩ和100GΩ及以上），常规的数字多用表受限于其输入阻抗（一般最高为10GΩ量级，如Fluke 8508A），无法精确测量标准电阻两端的电压，导致微小电流测量误差较大（以高值标准电阻RS 为1GΩ为例，数字多用表8508A输入阻抗Rin为10GΩ，则由阻抗不匹配带入的误差为9.09%，此指标远远大于数字多用表0.0006%的准确度）；虽有6430这样的超高输入阻抗(10¹⁵Ω)的数字源表，但其电压测量准确度不满足要求（指标仅为±0.08%）。目前尚没有输入阻抗和电压测量准确度均满足要求的数字电压表。

 （2）目前，普遍采用无源适配器方法来测量高值标准电阻电压，其本质是利用了与微小电流高端HI（也是高阻电压端）近似等电位的保护端子Guard（低输出阻抗点）来实现测量。但这种方法存在以下问题：

1）、适用范围极其有限：对于没有保护端子的皮纳安级电流（如航天科技公司514所的5144、Keithley公司的6517B）不适用，本质是没有解决高源内阻电压到低输出阻抗电压的等效变换；

2）、测量准确度低：由于组成仪器本身的器件不理想，导致保护端子与实际的高阻端电压偏差1.0mV左右并且不同仪器相差不等，无源适配器单纯使用保护端子电压替代高阻两端电压，引起测量误差。

3）、默认保护端子电压输出的增益为一定值，事实上，保护端电路对应不同范围的输入电压具有一定的线性度，即增益不为一定值。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种皮纳安级直流电流源高精度校准系统，可实现高源内阻的电压到低输出阻抗电压的等效变换，拓展了微小电流测量的使用范围，适用于具有保护端和不具有保护端的微小电流源；测量准确，使用方便。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种皮安纳安级直流电流源高精度校准系统，包括数字多用表、高值电阻/短路器、线性稳压电源和有源校准适配器，所述有源校准适配器的电阻信号输入端与所述高值电阻/短路器连接，所述有源校准适配器的电阻电压信号输出端与所述数字多用表连接，所述有源校准适配器的电源信号输入端与所述线性稳压电源连接。，所述有源校准适配器并设有皮纳安级直流电流源电流信号输入端接口。

 优选的，所述有源校准适配器的电路为阻抗变换电路：包括运算放大器U1、电阻R1、R2、电容C1、C2、C3、C4、接线端子JP1、JP2、JP3；所述运算放大器U1为INA116，运算放大器U1的引脚1经电阻R2与引脚16连接；运算放大器U1的引脚2与引脚4并接后与接线端子JP2的引脚4连接，运算放大器U1的引脚5与引脚7并接后与接线端子JP2的引脚2连接，运算放大器U1的引脚8与接线端子JP1的引脚3连接，运算放大器U1的引脚9经电阻1与接线端子JP2的引脚1连接，接线端子JP3引脚1和引脚2并接后与运算放大器U1的引脚11连接，运算放大器U1的引脚13与接线端子JP1引脚1连接，接线端子JP3的引脚3与运算放大器U1的引脚9和电阻R1的结点连接，接线端子JP1的引脚2与运算放大器U1的引脚9和电阻R1的结点连接，电容C1、C2并接后一端与运算放大器U1的引脚13和接线端子JP1引脚1的结点连接，另一端接地，电容C3、C4并接后一端与运算放大器U1的引脚8和接线端子JP1引脚3的结点连接，另一端接地。