หน่วยวัดและจ่ายแรงดัน (SMU) เป็น อุปกรณ์ทดสอบทางอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งซึ่งสามารถจ่ายแรงดันและกระแสไฟฟ้า และวัดค่าเหล่านั้นได้ในเวลาเดียวกัน

หน่วยวัดและจ่ายแรงดัน (SMU) หรือหน่วยจ่ายและวัดแรงดัน เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถจ่ายแรงดันและวัดค่าได้ในเวลาเดียวกัน สามารถบังคับแรงดันหรือกระแสได้อย่างแม่นยำ และวัดแรงดันและ/หรือกระแสได้อย่างแม่นยำไปพร้อมกัน

SMU ใช้สำหรับการใช้งานทดสอบที่ต้องการความแม่นยำสูง ความละเอียดสูง และความยืดหยุ่นในการวัด การใช้งานดังกล่าวรวมถึงการกำหนดลักษณะ IV และการทดสอบเซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์และวัสดุที่ไม่เป็นเชิงเส้นอื่นๆ ซึ่งแหล่งจ่ายแรงดันและกระแสครอบคลุมทั้งค่าบวกและค่าลบ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ SMU จึงมีเอาต์พุตสี่ควอดแรนต์^{[ 1 ]}สำหรับวัตถุประสงค์ในการกำหนดลักษณะ SMU เป็นเครื่องมือแบบตั้งโต๊ะที่คล้ายกับเครื่องติดตามเส้นโค้งนอกจากนี้ยังนิยมใช้ในอุปกรณ์ทดสอบอัตโนมัติและมักจะมีอินเทอร์เฟซเช่นGPIBหรือUSBเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ได้

การกำหนดคุณลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์นำไปสู่การพัฒนาหน่วยวัดแหล่งกำเนิด เครื่องวิเคราะห์พารามิเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ HP4145A ที่เปิดตัวในปี 1982 สามารถกำหนดคุณลักษณะ DC ของอุปกรณ์และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างสมบูรณ์^{[ 2 ]}ประกอบด้วยหน่วยตรวจสอบแหล่งกำเนิดที่ควบคุมได้อย่างอิสระสี่หน่วย (ซึ่งเป็นต้นแบบของหน่วยวัดแหล่งกำเนิด) ที่บรรจุอยู่ในเมนเฟรม

Keithley 236 ที่เปิดตัวในปี 1989 เป็น SMU แบบสแตนด์อะโลนตัวแรก และอนุญาตให้ผู้สร้างระบบสามารถรวม SMU หนึ่งตัวหรือมากกว่านั้นเข้ากับการควบคุมพีซีแยกต่างหากได้ เมื่อเวลาผ่านไป SMU แบบสแตนด์อะโลนได้พัฒนาขึ้นเพื่อนำเสนอช่วงกระแส แรงดัน ระดับพลังงาน และราคาที่หลากหลายมากขึ้นสำหรับการใช้งานนอกเหนือจากการกำหนดคุณลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์ รูปแบบที่เล็กลงซึ่งเป็นไปได้ด้วยการใช้เทคโนโลยีการคำนวณสมัยใหม่ทำให้ผู้สร้างระบบสามารถรวม SMU เข้ากับระบบแร็คและสแต็คสำหรับการใช้งานทดสอบการผลิตขนาดใหญ่ขึ้นได้^{[ 3 ]}

SMU (Single Metering Unit) ผสานรวมแหล่งจ่ายไฟ DC ที่มีเสถียรภาพสูง ทั้งในรูปแบบแหล่งจ่ายกระแส คงที่ หรือแหล่งจ่ายแรงดัน คงที่ และมัลติมิเตอร์ความแม่นยำสูง

โดยทั่วไปจะมีขั้วต่อสี่ขั้วสองขั้วสำหรับแหล่งจ่ายและการวัด และอีกสองขั้วสำหรับการเชื่อมต่อเคลวินหรือการรับรู้ระยะไกล พลังงานจะถูกจ่าย (บวก) หรือรับ (ลบ) ไปยังขั้วต่อคู่หนึ่งพร้อมกันในขณะที่ทำการวัดกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อเหล่านั้น^{[ 4 ]}

แหล่งจ่ายไฟมีจุดประสงค์หลักเพื่อจ่ายพลังงานที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะอย่าง ด้วยเหตุนี้ แหล่งจ่ายไฟส่วนใหญ่จึงเป็นแบบควอดแรนต์เดียว (จ่ายไฟอย่างเดียว มีขั้วคงที่) และในกรณีส่วนใหญ่จะทำงานที่แรงดันคงที่ แหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะอาจเพิ่มการทำงานที่กระแสคงที่ รวมถึงความสามารถในการวัดแบบจำกัด แต่ในหลายกรณีก็ยังคงเป็นแบบควอดแรนต์เดียวเท่านั้น และมีค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้สำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการแบบหยาบๆ

แหล่งจ่ายไฟสำหรับห้องปฏิบัติการระดับสูงบางรุ่นจะมีฟังก์ชันการทำงานแบบสองหรือสี่ควอดแรนต์ (แหล่งจ่ายและตัวรับ โดยมีขั้วคงที่หรือขั้วคู่) ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของ SMU อย่างไรก็ตาม แหล่งจ่ายไฟเหล่านี้จำนวนมากยังคงเน้นที่การจ่ายไฟให้กับแอปพลิเคชันเป็นหลัก โดยที่ความสามารถในการวัดในภายหลังมีความสำคัญรองลงมา แหล่งจ่ายไฟเหล่านี้อาจมีความสามารถในการควบคุมกำลังไฟฟ้าขาออกขั้นสูง แต่ขาดคุณสมบัติบางอย่าง เช่น โหมดทดสอบเฉพาะทาง หรือตัวเลือกการตรวจสอบที่ออกแบบมาเพื่อการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของกำลังไฟฟ้าอย่างแม่นยำและง่ายดาย แหล่งจ่ายไฟประเภทนี้สามารถถือได้ว่าเป็นต้นแบบของ SMU โดยที่ SMU แตกต่างออกไปตรงที่เพิ่มคุณสมบัติที่มุ่งเน้นไปที่การวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะโดยเฉพาะ

ความสามารถในการจ่ายไฟในตัวของ SMU ทำงานร่วมกับความสามารถในการวัดของเครื่องมือเพื่อลดความไม่แน่นอนในการวัดและรองรับการวัดกระแสต่ำและความต้านทานที่ยืดหยุ่นมากขึ้น ในการวัดแรงดันไฟฟ้า การรั่วไหลระดับระบบสามารถลดลงได้ง่ายกว่าการใช้เครื่องมือแยกต่างหาก ในการวัดกระแสไฟฟ้า การออกแบบของ SMU ช่วยลดภาระแรงดันไฟฟ้าสำหรับการวัดความต้านทาน SMU มีค่าแหล่งจ่ายที่ตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการปกป้องอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ

คุณลักษณะเด่นของ SMU มีดังต่อไปนี้:

• การกวาดสัญญาณ I และ V—ความสามารถในการกวาดสัญญาณช่วยให้สามารถทดสอบอุปกรณ์ภายใต้สภาวะต่างๆ ด้วยแหล่งกำเนิดสัญญาณ ความล่าช้า และลักษณะการวัดที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจรวมถึงการกวาดสัญญาณระดับคงที่ การกวาดสัญญาณเชิงเส้น/ลอการิทึม และการกวาดสัญญาณแบบพัลส์
• ตัวประมวลผลในตัว—SMU บางรุ่นปรับปรุงการบูรณาการเครื่องมือ การสื่อสาร และเวลาทดสอบให้ดียิ่งขึ้นด้วยการเพิ่มตัวประมวลผลสคริปต์ในตัว การเรียกใช้สคริปต์ในตัวที่ผู้ใช้กำหนดเองช่วยให้สามารถควบคุมลำดับ/การไหลของการทดสอบ การตัดสินใจ และความเป็นอิสระของเครื่องมือได้^{[ 5 ]}
• การตรวจสอบหน้าสัมผัส—SMU สามารถตรวจสอบการเชื่อมต่อที่ดีกับอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบก่อนเริ่มการทดสอบได้ ปัญหาบางอย่างที่ฟังก์ชันนี้สามารถตรวจจับได้ ได้แก่ ความล้าของหน้าสัมผัส การแตกหัก การปนเปื้อน การกัดกร่อน การเชื่อมต่อหลวมหรือแตกหัก และความล้มเหลวของรีเลย์

• เครื่องมือติดตามเส้นโค้งเซมิคอนดักเตอร์
• แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า
• แหล่งที่มาปัจจุบัน
• มัลติมิเตอร์ดิจิทัล
• แหล่งจ่ายไฟ
• เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า
• โหลดอิเล็กทรอนิกส์

• วิดีโอรีวิวและการทดลองวิชา Keithley 2450 SMU
• โซลูชันหน่วยวัดแหล่งกำเนิดสัญญาณ (Source Measurement Unit) จาก National Instruments
• หน่วยวัดสัญญาณมัลติเพล็กซ์ SMMU07 จาก FRANK ประเทศเยอรมนี
• หน่วยวัดแหล่งที่มา
• หน่วยวัดสัญญาณแหล่งจ่ายแบบช่องสัญญาณเดียว GS610 จาก Yokogawa
• GS820 เครื่องวัดสัญญาณแหล่งจ่ายสองแชนแนลจาก Yokogawa
• Aim-TTi SMU4000 ซีรี่ส์ PowerFlex SMU