Chromas 52403P ist eine PXI-Express-Kurzimpuls-SMU (Quellen-/Messeinheit), die für schnelle, präzise und zuverlässige Quellenabtastung und Messung von wärmeempfindlichen Geräten, z. B. leistungsstarke Laserdioden (LD), entwickelt wurde. Durch Integration eines Highspeed-Impulsgebers, einer SMU hoher Präzision und eines DAQ-Moduls in eine einzelne PXIe-SMU kann der 52403P die LIV-Werte und schwache Verlustströme von Hochleistungs-LDs messen. Die Kurzimpuls-SMU Chroma 52403P bietet Kunden daher eine Alles-in-Einem-Lösung für umfassende LD-Prüfungen.

Durch Ausrüstung mit einem ausgezeichneten Impulsgeber mit hohen Anstiegsraten und hohem Ausgangsstrom kann der 52403P entweder Impulse von 10 A/10 uS oder 1 A/5 uS ausgeben. Da sich Induktivität stark auf die Anstiegs-/Abfallzeiten des Impulsstroms auswirkt, ermöglicht die Kurzimpuls-SMU 52403P eine Induktivität bis zu 3 uH zwischen Testleitung und Prüfling (DUT), während zugleich weiterhin Impulskurven von 10 A/10 uS oder 1 A/5 uS zur Verfügung stehen.

Das SMU-Modul des 52403P verfügt über 16 wählbare Kontrollbandbreiten zur Gewährleistung eines schnellen und stabilen Ausgangs, der unterschiedliche Anforderungen an DUT-Impedanzen erfüllt und Oszillationen unterbindet. Mehrere Strommessbereiche mit 18-Bit-DAC und 18-Bit-ADC bieten hohe Auflösung und Präzision mit Abtastraten bis zu 100 kS/s.

Mit Hilfe der eingebauten DAQ (Datenfassung) von 2 MS/s kann der Chroma 52403P mit seiner eigenen SMU das Spannungssignal von Highspeed-Fotodioden über einen TIA (Transimpedanzverstärker) messen, der die Integration des Testsystems vereinfacht und die Entwicklungszeit verkürzt.

Es gibt auch ein vielseitiges Soft-Frontpanel sowie C- / C#- / LabVIEW- / LabWindows-APIs, um Prüfungen schnell zu entwickeln und einzusetzen. Der rückseitige Anschluss ist sowohl mit PXIe- als auch mit Hybrid-Einschubsteckplätzen kompatibel. Alle diese Funktionsmerkmale ermöglichen eine einfache Integration in PXIe- oder PXI-Hybridsysteme, die für breit gefächerte Anwendungsbereiche konzipiert wurden.

Die 52403P-Serie besitzt eine patentierte Hardware-Sequence-Engine, die jeden SMU-Ausgang mit deterministischem Timing kontrolliert. Der im Sequencer integrierte Speicher kann bis zu 8192 Sequencer-Befehle und insgesamt 8 Mio. Messmuster abspeichern.

Dank des ausgezeichneten Designs der hohen Anstiegsrate kann die Kurzimpuls-SMU Chroma 52403P Impulse von 10 A/10 uS und 1 A/5 uS ausgeben, die verhindern, dass sich die Laserdiode selbst aufheizt. In Abbildung 1 sehen wir die Wellenform eines Impulses mit einem Strom von 10 A/10 uS längs eines 3 Meter langen Kabels. Abbildung 2 zeigt nur minimale Unterschiede bei den Anstiegszeiten von 10-uS-Impulskurven bei 10 A/3,5 A/1 A bei Verwendung eines 3 Meter langen Kabels. Schließlich sehen wir in Abbildung 3, wie unterschiedliche Kabellängen nahezu identische Impulskurven von 10 A/10 uS erzeugen, womit nachgewiesen wird, dass der 52403P Impulskurven hoher Präzision bei minimaler Beeinträchtigung durch Ausgangsstrom und Kabellänge ausgeben kann.

▲ Abbildung 1: Impulskurve von 10 A/10 uA

▲ Abbildung 2: Impulskurve mit Ausgang von 10 A/3,5 A/1 A

▲ Abbildung 3: Impulskurve mit Kabeln in Längen von 3 m/2 m/1 m

Der LIV- (Licht-Strom-Spannung) Test ist eine wichtige Messung zur Erfassung von Daten hinsichtlich der Betriebsmerkmale, der Flankeneffizienz und des Schwellenstroms von Geräten, z. B. Laserdioden. Eine weitere wichtige Funktion des LIV-Tests ist die Identifizierung von „Knicken“ in der Ausgangskurve. Im Gegensatz zu anderen SMUs kann der 52403P gepulste Sweeps auf uS-Stufe an der Laserdiode (LD) ausgeben. Die LD emittiert Licht zum Photodetektor (PD), der dann einen Strom erzeugt, der vom TIA in Spannung umgewandelt wird. Daraufhin erfasst die im 52403P integrierte DAQ das Spannungssignal und erzeugt eine LIV-Kurve durch Berechnung der Sweep-I/V-Daten und der L-Daten, siehe Abbildung 4.

▲ Abbildung 4: Umfassendes LIV-Testschaubild

Die Kurzimpuls-SMU 52403P ist mit einem Pulsgebermodul und einem SMU-Modul ausgerüstet. Das Pulsgebermodul sorgt für einen 1-Quadrantenausgang von 1,8 W (Abbildung 5) und das SMU-Modul für einen 4-Quadrantenausgang von 25 W als Quelle und 10 W als Last (Abbildung 6).

▲ Abbildung 5: Quadrantendiagramm des Pulsgebermoduls

▲ Abbildung 6: Quadrantendiagramm des SMU-Moduls

Chroma verfügt über ein nutzerfreundliches Soft-Frontpanel für eine Auswahl an Anwendungen. Dank des Soft-Frontpanels des Impulsgebermoduls (Abbildung 7) können Kunden Impuls-Wellenformen mühelos durch einfache Anpassung einiger weniger Impuls-Parameter anpassen. Über das Soft-Frontpanel des SMU-Moduls (Abbildung 8) können Kunden die wichtigsten Setup-Parameter eingeben, z. B. Bereich, Klemmwerte, Öffnungszeit und Loop-Bandbreite für Tests und Messungen hoher Präzision. Das Soft-Frontpanel des Hardware-Sequencers (Abbildung 9) ermöglicht eine latenzfreie Steuerung und Messung, wobei während der Ausführung keine Interaktion mit einem PC erforderlich ist. Sobald das Instrument den Start-Auslöseimpuls erhält, führt es die Schritt-Befehle in der Sequencer-Tabelle Zeile um Zeile aus, oder so, wie sie vom Auslöser festgelegt wurden.

▲ Abbildung 7: Software-Frontpanel des Pulsgebermoduls

▲ Abbildung 8: Software-Frontpanel des SMU-Moduls

▲ Abbildung 9: Software-Frontpanel des Hardware-Sequencers

Abschirmung ist eine sehr wichtige Technik bei Messungen mit sehr schwachem Strom, sodass sich Fehler aufgrund von Verluststrom und verkürzten Beruhigungszeiten reduzieren lassen (Abbildung 10). Dies wird erreicht, indem das Potential des Abschirmanschlusses auf demselbe Potential wie der Kraftleiter gehalten wird, womit verhindert wird, dass elektrischer Strom zwischen den Abschirm- und den Kraftleitern fließt. Abschirmung eliminiert zudem die Kabelkapazität zwischen der SMU und dem Prüfling (DUT) (Abbildung 11) und verringert deutlich die RC-Zeitkonstante. Das SMU-Modul verfügt über zwei ±-Abschirmkabel, sodass sich schnellere und präzisere Messungen erzielen lassen.

▲ Abbildung 10: Verluststrom, der durch den Isolationswiderstand des Kabels fließt

▲ Abbildung 11: Abschirmanschluss - Kabelkapazität wird mit einem Triaxialkabel eliminiert

Das SMU-Modul hat den Zweck, Highspeed-Ausgangsspannung und -strom für optimales Ansprechvermögen und verkürzte Testzeit zur Verfügung zu stellen. Die Impedanz des Prüflings (DUT), die Befestigung oder Verkabelung können Loop-Instabilität im Spannungs- oder Stromquellenmodus erzeugen, die wiederum zur Sättigung, Oszillation oder sogar Beschädigung des Prüflings (DUT) führen kann. Um dies zu verhindern, verfügt das SMU-Modul über 16 vom Nutzer wählbare Kontrollbandbreiten, sodass keine externen Kondensatoren oder Induktoren neben dem Prüfling (DUT) aufgestellt werden müssen. Dies führt zu einer schnelleren Anstiegszeit beim Ausgang, zur Reduktion von Welligkeit und Rauschen in der Spannung und zu reduziertem Einschwingverhalten (Abbildung 12). Die Kontrollbandbreite kann über Software modifiziert werden, sodass sich maximale Testflexibilität und eine minimale Ausfallzeit beim Wechseln von Prüflingen (DUTs) ergeben.

Abbildung 12: Von der SMU unter Bandbreitenkontrolle ausgegebene Wellenform