（文末有好禮！）
獲得精確的直流測量結果是許多應用的常見需求，但僅僅購買高精度和高靈敏度的儀器是不夠的。各種不同的誤差源都會影響讀數的準確性。此外，對儀器參數進行微小的調整也可能會產生不同的結果。為了達到最高精度，您需要先徹底瞭解您的儀器才能使用各種方法來減少誤差。
NI的《最大化直流測量性能實用指南》（下文簡稱《指南》）介紹如何使用源測量單元（SMU）來進行DC測量。《指南》首先回顧了儀器的基礎知識、SMU的使用方法以及儀器設置相關的功能。然後介紹了測試系統中有助於減少各種DC測量誤差的最佳工程實踐。
《最大化直流測量性能實用指南》
目錄
SMU基礎知識
SMU工作原理
測量精度
測量精度與測量速度的權衡
脈衝
DC測量的最佳做法
使用遠程感測法消除電線電阻的影響
偏移電壓補償
最小化外部噪聲
通過保護層避免電流洩漏
瞭解校準的重要性
結論
《指南 》節選：DC測量的最佳方法
除了SMU儀器本身，測試設置也是影響測量的關鍵因素。 儀器並無法彌補信號質量差的問題。 如果要實現高精度的直流測量，就需要高保真信號。 如果感興趣的信號包含大量噪聲，即使使用高質量的儀器也無法獲得準確的測量結果。 許多不同的噪聲和誤差來源都會影響信號的質量，但本白皮書介紹了多種方法來解決這些問題。 由於不同類型的測量容易受到不同類型的誤差的影響，因此還需要知道何時以及如何應用每種方法。 下文討論的方法適用於所有類型儀器進行的直流測量，而不僅僅是SMU。
使用遠程感測法消除電線電阻的影響
遠程感測是一種用於消除測量中電線電阻影響的方法。 在標準的2線配置中，如果將電源設置為524遠程感測可消除這種影響，確保DUT的電壓為精確的5 V。 V電源，則DUT的電壓會略低於5 V，因為電壓電位會由於電線電阻而下降。 例如，一根3米長的AWG銅線具有約0.25Ω的電阻。如果SMU提供5 V和1 A電壓，則整個電線長度的壓降為0.25 V。遠程感測採用4線配置，包括一對高阻抗感測線。 在遠程感測測量時，一對導線連接輸出電流源，而另一對導線直接連接DUT接線端進行電壓測量。 在圖12中，Output HI和LO線連接輸出電流源，Sense HI和Sense LO線則直接測量DUT端子的電壓。 流過輸出導線的大量電流會導致通過導線後的電壓降較大，但是流過高阻抗感測線的電流量幾乎可忽略不計，這使得由於導線電阻引起的電壓降也可忽略不計。 使用感測線和SMU，就可以通過增加輸出電壓來補償由於導線電阻引起的電壓降，從而維持感測線上所需的輸出電壓。 這意味著為DUT提供的電壓更接近實際定義的電壓。
圖1 線遠程感測測量電路圖
具有遠程感測功能的設備在進行遠程感測時對關於如何計算精度有額外的規定。 為了更好地理解如何計算這種精度，我們以PXIe-4139 SMU為例。 此示例使用SMU上的600 mV量程計算500 mV輸出的遠程感測精度。 表1顯示了其他電路屬性。
表1 遠程感測測量電路的屬性
使用600 mV量程時，SMU的精度為0.016％+30μV。 該儀器的遠程感測電壓精度等於："在電壓精度規格的基礎上，每伏HI導線壓降增加（3 ppm的電壓量程+11μV） ，而且對應每V導線壓降每Ω感測導線電阻增加1μV" 這時可以使用以下公式計算感應精度：
精度 =（ SMU精度，量程=600 mV）+ 導線壓降引起的誤差+ 每Ω導線電阻的壓降引起的誤差精度 = (500 mV * 0.016% + 30 µV) + 600 mV 1 V導線壓降* 3 ppm + 11 μV* 3 V + V 1μV* Ω* 3 V * 2 Ω +V 1*μV Ω* 2.5 V * 1.5 Ω
精度 = (80 μV + 30 μV) + 12.8 μV * 3 + 6 μV + 3.8 μV 精度 = 158.2 μV
這意味著實際輸出在500 mV±158.2μV範圍內。在上面的計算中，括號中的部分表示使用600 mV量程時SMU的精度。公式的其餘部分代表遠程感測電壓精度規範。
使用遠程感測時，應將感測線連接到儘可能靠近DUT的位置。 這可讓感測線準確讀取DUT處的電壓。 但有時候感測線無法直接連接到DUT，例如，如果DUT位於電路板上無法直接探測的區域。 當發生這種情況時，在遠程感測連接處提供的電壓是準確的，但是在遠程感測連接處和實際DUT之間的額外電阻會引起電壓下降。 為了確保DUT讀取準確的電壓電平，可以使用一些SMU來配置負輸出電阻。 為了避免不必要的電壓降，可以將負輸出電阻編程為等於遠程感測連接處和DUT之間的路徑電阻。 這樣，即使感測線不能直接連接到DUT，儀器也能為DUT提供準確的電壓。
遠程感測特別適用於低電阻測量。 電阻測量可以使用SMU和數字萬用表（DMM）來實現，即根據輸出的電流和測量的電壓來計算電阻。 如果要進行低於100kΩ的精密電阻測量時，需要使用4線遠程感測配置而不是2線配置，以儘量減少導線電阻的影響。 前面已經介紹了使用2線法時導線電阻對電壓測量的影響。 由於電阻測量值是使用電壓測量值計算得到，因此不準確的電壓讀數會導致電阻讀數不準確。 而4線法則可以消除導線電阻的影響，從而生成更準確的測量結果。
表2顯示了遠程感測測量的優勢。 該數據是使用DMM經過一個開關測量電阻器得到的。 開關的導線電阻使得測量值增加了0.522Ω，表示誤差為5.24％。 而遠程感測方法可以消除導線電阻的誤差並獲得更準確的讀數。
表2 使用遠程感測法補償導線電阻
使用遠程感測法時，請記住儀器的侷限性。 SMU和DMM的最大電壓降是可以控制的。 例如，PXIe-4139可以補償每根導線最高3 V的電壓降。 這意味著設備可以補償HI側的3 V壓降和LO側的另一個3 V壓降。 達到該限制後，儀器將無法再完全補償導線電阻。 無法補償的導線電阻會降低測量精度。
本文只就第一種DC測量方法（即使用遠程感測法消除電線電阻的影響）進行詳細的介紹，後面三種，下面只做簡單說明。詳細的測量方法，可下載完整版《最大化直流測量性能實用指南》。
偏移電壓補償
對於低電壓測量，需要消除偏移電壓的影響。 偏移電壓的一個常見來源是熱電動勢。 在熱電動勢中，由於不同金屬製成的導線之間會形成熱電偶，從而將誤差電壓引入電路。 偏移補償是一種可用於抵消熱電動勢影響的方法。
最小化外部噪聲
在進行靈敏度測量時，需要考慮噪聲對讀數的影響。 噪聲可能來自多種來源，例如電磁干擾或寄生電容。 電磁干擾包括來自頻譜內許多頻率的干擾。 電視、AM/FM收音機和電源線都可能成為電磁干擾源。 當帶電物體靠近測量電路時就會發生寄生電容。 當兩根不同電壓的電導體相互靠近時，它們之間的電場會吸引電荷留在其表面。 這可能表現為振盪噪聲或測量偏移。使用屏蔽可以減少電場的影響，並最大限度減少測量誤差。
另一種可能的外部噪聲源是磁場。 磁場在電路中感測的電壓量與電路所包圍的面積成正比。 如果測量導線在電路中產生較大的環路，則系統更容易受到磁噪聲的影響。 一個常見的簡單解決方案是使用雙絞線電纜。
通過保護層避免電流洩漏
雖然屏蔽可以防止外部電磁干擾影響測量，但保護層（guarding）可以防止屏蔽和測量電路之間出現洩漏電流和寄生電容。 如果使用沒有保護層的電纜時，比如同軸電纜，電纜絕緣層與負載並聯，導致洩露電流在HI和LO端子之間流動。
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