使用OE8101数字源表进行10 mΩ级低电阻测量

为什么使用源表进行低电阻测量？

传统低电阻测试通常需要精密电流源、数字电压表以及同步触发和数据采集系统。由数台仪器组成的系统需要分别进行编程、同步、连接、测量和分析，还要处理量程匹配、触发时序、通信同步及总线传输效率等问题，增加了仪器采购、接线和系统集成的复杂度。

源测量单元（SMU）将精密源输出功能与高精度电压、电流测量功能集成于同一台仪器内。OE8101 可独立完成器件测试过程中所需的激励、测量、保护和数据记录等功能，从而减少多台测试仪表之间复杂的编程配置、同步控制、接线连接及总线数据传输。

测量10 mΩ电阻，本质上是在1 A激励下测量约10 mV的压降。测试线、接插件和夹具的电阻可能比DUT本身更大，不同金属接点存在温差时还会形成微伏级热电势。OE8101具备四象限输出和四线远端感测能力，电压测量的最小分辨率可达8 nV，为本文的逐步排查和改进提供了单机测试基础。

10 mΩ低电阻的递进测量

测试样品与条件

数据说明：本文数据为所述仪器、样品和条件下的测量示例，不作为产品保证指标；适用规格及条件见对应版本技术资料。

二线法测量

图1 二线法前面板接线

首先采用常规二线法。此时同一对测试线既施加电流又测量电压，接线简单，适合先建立常规测量结果。

【设置】

在HOME主界面选择Source为Current，选择Measure为Voltage，将Set设为1 A、Limit设为2 V、Terminals设为Front，点击Sense并选择2-WIRE；Source Range设为1 A、Measure Range设为2 V，选择Continuous。输出稳定1 s 后记录电流回读和电压。

图2  二线测量数据示例界面

平均值：686.11 mΩ

结果明显高于10.000 mΩ参考值。OE8101在二线模式下测得的是FORCE HI与FORCE LO之间的回路电压，因此读数不仅包含DUT压降，也包含高、低端测试线、端子和接触面的压降。对于大电阻DUT，这些附加电阻可能可以忽略；但对于10 mΩ DUT，它们可能主导结果。

R2W 为二线测得电阻，RDUT 为DUT电阻，其余各项为HI、LO两侧的导线与接触电阻。二线结果还会受到接触位置与夹持压力变化的影响。本实验约676 mΩ的额外电阻来自测试路径。

图3 二线测量原理：电压读数覆盖整个载流回路

二线法的困境并不是仪器无法分辨毫伏信号，而是电压测量边界包含了两根载流线及其接触点。测试电流I流过DUT的同时，也流过高、低端引线电阻，因此仪器读到的VM 等于DUT压降与全部附加压降之和。当DUT仅为10 mΩ时，即使每侧只有几十毫欧的线缆与接触电阻，也足以使计算结果远高于DUT真实值。

四线Kelvin法测量

四线法使用FORCE HI/LO向DUT施加电流，使用SENSE HI/LO直接测量DUT两端电压。由于Sense输入阻抗大于10 GΩ，Sense线中电流极小，其线阻压降通常可以忽略；取样点应尽可能靠近标准电阻规定的电压端。

图4 四线Kelvin原理：Force载流，Sense只测量DUT压降

四线法的解决方式：FORCE线仍承担1 A测试电流，允许其自身存在压降；SENSE线则直接落在DUT规定的取样端。由于Sense输入阻抗很高，取样支路电流 ISENSE 近似为零，Sense线上的压降也近似为零，因此仪器测得VM≈VDUT。再用实际电流回读值计算得R=VM  /I，测量边界便从“整条载流回路”收缩到“DUT两个Sense点之间”，从而得到更接近真实值的结果。

图5 四线Kelvin法前面板接线

【设置】在HOME主界面将Set设为+1 A、Limit设为21.000 mV、Terminals设为Front；直接点击Sense并选择4-WIRE。Source Range设为1 A、Measure Range设为20 mV，选择Continuous；间隔1 s采集7个读数，舍弃前面2个点后求平均。

图6 四线测量数据示例界面

平均值：10.061 mΩ

按一年测量准确度规格估算的电阻相对误差限贡献，四线结果相对10.000 mΩ 参考值高约 0.61%，位于本文依据一年规格计算的约 ± 1.1%理论误差范围内。

电流反向法减小电压偏置

四线法可以减小引线电阻的影响，但不能自动消除热电势等附加电压。热电势和源表电压测量通道的直流偏置都可能影响读数。OE8101 支持四象限输出，可在保持接线不变的情况下切换正、反向电流，分别记录对应的电压和电流回读值。当被测电阻及上述偏置在两次采样期间近似不变时，将正、反向电压读数之差除以正、反向电流读数之差，即可抵消稳定电压偏置的影响。

图7 电流反向法消除热电势误差示意图

操作顺序：0 A → +1 A → 0 A → −1 A → 0 A。每次改变输出后等待相同时间，并使用实际电流回读值计算。OE8101不提供内置Offset Compensation或Delta Mode，数据需由用户记录并手动计算；10.042 mΩ 为方法示例，不是保证指标。

准确度与结果解释

在10 mΩ、1 A和20 mV量程条件下，源表按一年准确度规格进行最坏情况线性合成：

上述理论值不包含标准电阻校准不确定度与温度系数，也不包含线缆、夹具、热电势、环境温度梯度、电磁干扰、DUT自热及接线重复性。

不同类型DUT的测试调整

水泥电阻：通常为两端器件且容差较大，Sense点应固定在靠近本体的同一位置；若为绕线结构，应延长电流切换后的稳定时间。它更适合用于验证测量方法和重复性，不宜仅凭标称值评价绝对准确度。

分流电阻：Force连接大电流端，Sense连接制造商规定的Kelvin取样端，并考虑安装扭矩、铜排散热、额定温升和材料热电势。10 mΩ分流器可以沿用本文1 A设置，但应按器件额定功率和温升调整通电时间。

总结

OE8101把电流激励、电压测量、电流回读、保护和数据记录集成于一体。对10 mΩ级电阻，常规二线测量能够快速暴露测试路径中的附加电阻；改用四线Kelvin连接后，测量边界被限定在Sense取样点之间；在此基础上使用正反向差值，还可减小稳定热电势造成的低电平偏置。本文实验示例的二线平均值为686.11 mΩ、四线平均值为10.061 mΩ，差值结果约10.042 mΩ，展示了三步改进各自解决的问题。

因此，在稳定环境、合理量程、规范Kelvin取样和一致等待时间下，OE8101可用于10 mΩ级低电阻的精密测量。最终不确定度仍应结合具体DUT、线缆、夹具、温度与校准条件评估。

 对于希望以单台仪器完成低电阻测量的研发与验证场景，OE8101值得作为测试平台选用。恒流激励与电压测量集成于一体，可减少独立电流源、电压表之间的接线和协调操作；配合实际电流回读，计算电阻时无需仅依赖源电流设定值。四线远端感测将电压取样位置落实到DUT规定端点，使仪器的测量能力能够更有效地用于毫欧级信号。

 OE8101的四象限输出还允许在保持接线不变的情况下切换正、负电流，便于用户记录两种极性的读数并计算差值。前面板触屏可完成源、表、量程及Sense方式设置，适合从手动验证开始建立测试方法。凭借电流激励、电压测量、四线取样与四象限输出的一体化设计，OE8101可简化测试系统的搭建与操作，为毫欧级电阻测量提供紧凑、便捷的单机解决方案。