高密度精密SMU主機

在1U機架空間內(nei) 使用20個(ge) SMU通道，解決(jue) 您日益增長的占地麵積挑戰，突破極限。通過靈活的軟件選項、簡化的係統集成和同步以及特定於(yu) 應用程序的測量功能加快上市時間。

特點

Keysight PZ2100A是一款精密源/測量單元（SMU）主機，它將20個(ge) SMU通道毫不妥協地密集集成到寶貴的1U高度、全寬和機架空間中，並提供靈活的模塊選項，以實現良好性能。它支持多種資源，如Keysight PZ2110A精密SMU、PZ2120/21A高速SMU和PZ2130/31A高通道密度SMU，具有脈衝(chong) 發生器和數字轉換器等多種功能，以及精確的電壓/電流源和測量，以適應廣泛的應用要求。PZ2100A有4個(ge) 插槽，允許任何混合模塊配置，以實現靈活的可擴展性。

• 信道密度比傳(chuan) 統SMU高20倍-1U機架高度為(wei) 20信道，全寬

• 靈活的可擴展性，5個(ge) SMU模塊選項，在一個(ge) 資源中具有脈衝(chong) /數字轉換器

• 單盒解決(jue) 方案，同步精度＜100 ns，最多支持20個(ge) 通道。

• PathWave上的基礎和高級控製軟件，提供桌越的操作和用戶體(ti) 驗

• 用戶友好的圖形用戶界麵，最多可管理20個(ge) 頻道。

引言

垂直腔麵發射激光器(VCSEL)是成像、傳(chuan) 感技術和數據通信的關(guan) 鍵部件。

VCSEL的優(you) 勢之一是能夠在製造過程的早期階段進行晶片級別的測試，相比之下，對其他邊緣發射半導體(ti) 激光器的測試通常在製造周期結束時進行，此時產(chan) 品已達到生產(chan) 的最後階段。這種測試方法允許及早檢測組件故障，通過在封裝之前識別有缺陷的設備，大大節省了時間和成本。

光-電流-電壓(LIV)掃描測試是確定激光二極管(LD)和垂直腔麵發射激光器(VCSEL)等光源工作特性的基本測量。通常，LD模塊結合激光二極管和光電探測器(PD)來監控輸出並提供反饋以控製激光功率。下圖顯示了LIV測試如何評估光電流特性、閾值電流、斜率效率、扭折和正向電壓。

VCSEL LIV測試的典型設置

下圖說明了源/測量單元(SMU)在VCSEL LIV測試中的使用情況。SMU是一種綜合儀(yi) 器，它將電流/電壓源、精確的電流/電壓測量、同步功能和無縫四象限操作整合到一個(ge) 集成單元中。

源/測量單元的多功能性使其成為(wei) 各種元件的I-V特性的理想之選，而大多數傳(chuan) 統的SMU是為(wei) 測量直流電壓和電流而設計的。然而，一些源/測量單元結合了脈衝(chong) 和采樣功能以滿足動態測量要求，盡管在速度方麵有一些限製。

LIV測試五大挑戰

• 由於(yu) 電流脈衝(chong) 寬度不夠窄而導致的自熱引起的器件特性變化或損壞；

• 窄脈衝(chong) 測量過程中的布線問題造成的錯誤；

• PD的測量需要與(yu) 窄脈衝(chong) LD精確同步；

• 由於(yu) 采樣率低，對窄脈衝(chong) 內(nei) 的電流和電壓變化檢測不足；

• 在增加VCSEL陣列測試的測量通道數量時，需要擴大占地麵積；

LDS的行為(wei) 受溫度變化的影響很大，例如，隨著溫度的升高，激光效率有下降的趨勢。因此，關(guan) 鍵的挑戰在於(yu) 如何以一種能夠減輕自加熱對二極管行為(wei) 的影響的方式進行測試，並確保準確的測量結果。為(wei) 了抑製自熱效應，需要更窄的脈衝(chong) 輸出能力，並且需要高速采樣率來捕獲快速和極窄的電流/電壓脈衝(chong) 以驗證動態特性。

除了精確的VCSEL特性外，準確測量局部放電電流對於(yu) 確定斜率效率(dL/DI)和識別LIV測試中的扭折至關(guan) 重要。由於(yu) 半導體(ti) 激光器以脈衝(chong) 方式發射光功率，因此需要同步測量激光器在脈衝(chong) 發光過程中的局部放電電流。這一過程需要對脈衝(chong) 的帶寬響應、精確的時序控製、用於(yu) 波形捕獲的高速采樣以及LD和PD之間的精確時序調整。隨著脈衝(chong) 次數的不斷減少和頻率的增加，實現準確的測量變得越來越具有挑戰性。

為(wei) 了增加VCSEL陣列的測量通道，需要並行測試多個(ge) 器件以提高測試時間和吞吐量，然而，台式解決(jue) 方案需要更多的測量儀(yi) 器占用更大的空間，從(cong) 而導致成本更高。

解決VCSEL測試挑戰

Keysight PZ2100係列提供專(zhuan) 為(wei) VCSEL傳(chuan) 感器/模塊測試而設計的高通道密度LIV測試解決(jue) 方案，該平台能夠對LD進行精確的動態/脈衝(chong) 測量，從(cong) 而實現與(yu) PD的無縫同步，精度達到誤差低於(yu) 50 ns。

Keysight PZ2100A精密SMU主機支持Keysight PZ2121A高速SMU，具有yi流的窄脈衝(chong) 寬度，從(cong) mA到10.5A峰值電流最小脈寬可達10μS，采樣率高達15 MSa/S的快速數字化模式，並在1U高度、全寬機架空間內(nei) 最大集成4個(ge) 通道。PZ2100係列無需切換脈衝(chong) 和源/測量單元，即可在高達60 V/3.5 A和DC/10.5 A的寬輸出範圍內(nei) 對VCSEL測試進行窄脈衝(chong) 測量，這使得PZ2100係列非常適合VCSEL LIV測試。

關鍵特征

• 從(cong) 低級到10.5A峰值電流均可實現最小脈衝(chong) 10μS寬度

• 體(ti) 驗15 MSa/S的最大采樣率，使用快速數字化儀(yi) 模式進行動態行為(wei) 表征

• 使用專(zhuan) 用的低電感電纜和遠程瞬變電壓表，減少與(yu) 電纜相關(guan) 的測量誤差

• 與(yu) PD同步的Gain LD精密測量誤差低於(yu) 50 ns

• 獲得多通道高密度解決(jue) 方案，以緊湊的占地麵積實現多通道測量

加快準確的LIV測試

在光-電流-電壓測試中，窄脈衝(chong) 電流輸出能力至關(guan) 重要，傳(chuan) 統的SMU通常缺乏產(chan) 生極窄電流脈衝(chong) 的能力，因此需要使用專(zhuan) 用電流源。下兩(liang) 圖顯示了PZ2121A型精密微控製器主機的激光二極管模式實現了快速上升時間和10μS脈衝(chong) 寬度，從(cong) mA到10.5A 。

電流脈衝(chong) 窄至10μS從(cong) 20 mA掃描到100 mA

電流脈衝(chong) 窄至10μS掃頻2.5A至10.5A

減少與電纜相關的測量誤差

當施加幹淨且窄的電流脈衝(chong) 時，電纜電感可能成為(wei) 一個(ge) 關(guan) 鍵限製，問題是，當施加如此短的電流脈衝(chong) 時，高di/dt值可能導致測量電纜上的電壓降，因此，SMU測量的電壓與(yu) 被測設備的實際電壓不同，這些限製要求我們(men) 測量與(yu) 被測器件相鄰的電壓。

Keysight PX0105A低電感電纜以及PZ2120A和PZ2121A SMU具有專(zhuan) 用的遠程暫態電壓測量功能，具有更高的帶寬，減少了電纜電感和壓降對測量電纜的影響。下圖顯示，當施加窄電流脈衝(chong) 時，它使用四線連接。啟用該功能後，PZ2120A和PZ2121A  SMU可以對器件進行暫態電壓測量，從(cong) 而在施加窄電流脈衝(chong) 時減少電纜電感的影響。

下圖顯示了專(zhuan) 用低電感電纜和遠程瞬變電壓表的效果

低電感電纜的測量結果受電纜電感的影響較小

遠程暫態電壓測量結果受電纜電感影響較小

與PD同步的精密LD測量

PZ2100係列SMU主機有六條內(nei) 部觸發線，無需布線即可實現通道間的同步，誤差低於(yu) 50 ns。主機和模塊上的外部觸發端口也可用，使它們(men) 能夠與(yu) 任何外部設備同步。

內(nei) 部觸發線實現了誤差低於(yu) 50 ns的通道同步，外部觸發端口實現了與(yu) 任何外部設備的同步

加快新設備開發

由於(yu) 自加熱效應，VCSEL特性可以在脈衝(chong) 中動態改變，需要高速測量功能來捕獲VCSEL的動態脈衝(chong) 響應，然而，常規儀(yi) 器有測量局限性，采樣率為(wei) 幾十到幾百kSa/S 。

PZ2121A SMU具有15 MSa/S的嵌入式高速測量能力，能夠從(cong) 瞬變區捕獲垂直腔麵發射激光器的實際電流脈衝(chong) 輸出和動態脈衝(chong) 響應，如下圖所示。

15 MSa/S高速測量捕捉到1 MSa/S無法檢測到的動態行為(wei)

節省工作台空間

可擴展對於(yu) 並行測試多個(ge) VCSEL以縮短測試時間至關(guan) 重要，與(yu) 傳(chuan) 統SMU不同，PZ2100A將四個(ge) PZ2121A SMU集成到一個(ge) 全寬1U機架空間中，而不需要任何冷卻空間。

PZ2121A SMU可用作VCSEL的可靠電流脈衝(chong) 源，無需外部專(zhuan) 用電流源。通過利用其先進功能，用戶可以充分利用其多功能性並保持易用性，為(wei) 從(cong) 研發到製造環境的廣泛應用提供更大靈活性。

結論

隨著對VCSEL的需求持續上升，準確測試VCSEL LIV存在巨大挑戰，通過利用PZ2121A SMU，可以克服這些挑戰，並作為(wei) 不斷擴大的VCSEL市場的線行者獲得競爭(zheng) 優(you) 勢，PZ2121A SMU能夠準確地表征VCSEL，以能夠充分利用市場的增長潛力。

VCSEL LIV測試解決方案

除了PZ2100係列高通道密度SMU解決(jue) 方案外，Keysight還提供從(cong) 實驗室到製造的靈活SMU選擇。