Keithley SourceMeter SMU

Keithley SourceMeter SMU — MCP 服务

让 AI Agent 使用Keithley (Tektronix) SourceMeter SMU输出带合规限值的电压或电流、测量 V 和 I，并运行有界 IV 扫描（线性、对数、双向）。每次扫描结束时，输出都会关闭，即使出现问题也不例外。此服务支持 Keithley 的全部三种远程控制方言：2400 系列 SCPI、2450 系列 SCPI 和 2600B TSP。

软件包	labmcp-keithley-smu
仪器	2400、2400-LV、2401、2410、2420、2425、2430（直流模式）、2440 · 2450、2460、2461、2470（SCPI 命令集）· 2601B、2602B、2604B、2611B、2612B、2614B、2634B、2635B、2636B
接口	GPIB、USB（USBTMC）、以太网（VXI-11 / 原始套接字 5025）、RS-232（2400 系列），通过 VISA 或 tcp://
协议	SCPI：2400 Series User's Manual 2400S-900-01 Rev. K §18、2450 Reference Manual 2450-901-01 Rev. D §6。TSP：2600B Reference Manual 2600BS-901-01 Rev. F §9
状态	🧪 模拟：已针对三种方言的线路级模拟器进行测试，尚未在硬件上验证。报告硬件测试结果

无需硬件即可试用

uvx labmcp-keithley-smu --simulate --check                                   # 2450 + 1 kΩ resistor
uvx labmcp-keithley-smu --simulate --option dialect=2600 --option sim_dut=diode --check
uvx labmcp-keithley-smu --simulate --option dialect=2400 --option sim_resistance_ohm=47 --check

模拟 DUT 为电阻器（默认 1 kΩ）或类似 1N4148 的二极管（Shockley 方程，I_s = 2.52 nA，n = 1.752，R_s = 0.568 Ω）。合规限值钳位行为与真实 SMU 相同。

连接 SMU

1. 仪器端。
   • **2400 系列：**GPIB（默认地址 24）或 RS-232。使用 RS-232 时，请设置 MENU > COMMUNICATION > RS-232：9600 波特、8 个数据位、无奇偶校验、终止符 LF、无流控制。
   • 2450 / 2460 / 2461 / 2470：使用 SCPI 命令集（MENU > System > Settings > Command Set > SCPI，然后重启）。如果仪器处于 TSP 模式，服务会停止并显示说明。在 SCPI2400 仿真模式下，仪器会使用 2400 方言进行控制。电压高于 ±21 V 时，2450 需要闭合安全联锁。
   • **2600B：**使用出厂设置即可（TSP）。保持 localnode.prompts 禁用（默认状态）；启用提示符会导致其混入回复中。
2. **查找地址：**运行 uvx labmcp ports（或 python -m pyvisa info）。GPIB 和 USBTMC 需要支持 GPIB 的 VISA 库。NI-VISA 可在所有环境中使用；pyvisa-py 支持 USBTMC/LAN（GPIB 则需搭配 gpib-ctypes/linux-gpib）。
3. 测试连接：

   uvx labmcp-keithley-smu --address GPIB0::24::INSTR --check
   uvx labmcp-keithley-smu --address USB0::0x05E6::0x2450::04096331::INSTR --check
   uvx labmcp-keithley-smu --address tcp://192.168.1.50:5025 --check             # 2450 / 2600B LAN
   uvx labmcp-keithley-smu --address TCPIP0::192.168.1.51::inst0::INSTR --option channel=b --check   # 2602B, SMU B
   

   方言会根据 *IDN?（以及 2450 系列的 *LANG?）自动检测。使用 --option dialect=2400|2450|2600 可强制指定。

添加到 MCP 客户端

Claude Code

claude mcp add smu -- uvx labmcp-keithley-smu --address GPIB0::24::INSTR --limit max_voltage_v=5 --limit max_current_a=0.02

Claude Desktop / Cursor / Windsurf（claude_desktop_config.json、.cursor/mcp.json、……）

{
  "mcpServers": {
    "smu": {
      "command": "uvx",
      "args": ["labmcp-keithley-smu", "--address", "USB0::0x05E6::0x2450::04096331::INSTR",
               "--limit", "max_voltage_v=5", "--limit", "max_current_a=0.02"]
    }
  }
}

添加 --read-only，即可允许查看状态和测量数据，同时禁止配置、开启输出和扫描（仍可使用 output_off）。对于其他客户端，可通过 uvx labmcp config keithley-smu --address <resource> --client vscode 生成配置片段（也支持 cursor、codex、claude-code）。

工具

工具	类型	说明
configure_source	🎛 控制	在输出关闭时设置源（功能、量程、合规限值、范围、测量速度）。使用自动量程测量 V 和 I。如果输出已开启，则会拒绝操作；请先关闭输出，或使用 set_source_level。发送任何内容前都会检查限值。
get_command_log	👁 读取	返回最近发送给仪器的原始命令和收到的回复（最新记录在末尾）。可用于调试和记录操作内容。
get_connection_info	👁 读取	报告当前连接的仪器（标识、地址、模拟或真实）、服务是否为只读，以及当前生效的安全限值。请先调用此工具。
get_device_info	👁 读取	识别 SMU：制造商、型号、序列号、固件、命令方言（2400 / 2450 / 2600）、通道（2600B），以及该型号的最大源电压和电流。
get_status	👁 读取	报告输出是否开启、源功能（电压/电流）、设定值、合规限值、源是否处于合规状态、端子及 2/4 线测量方式。
measure	👁 读取	对已通电的 DUT 进行一次源测量读数（电压、电流、V/I、功率、合规标志）。不会更改任何设置；如果输出已关闭，则会拒绝操作。
output_off	🛑 安全	立即关闭 SMU 输出（并中止正在进行的任何 IV 扫描）。始终可用，包括在只读模式下。
output_on	⚠️ 危险	开启 SMU 输出：将配置的电压或电流施加到 DUT。首先从仪器读回设定值和合规限值，并检查是否超出安全限值。请向用户确认 DUT 已连接且可安全通电。
reconnect	🛑 安全	关闭并重新打开与仪器的连接（例如，仪器断电重启或重新插拔电缆后）。
run_iv_sweep	⚠️ 危险	运行阶梯式 IV 扫描：配置源、开启输出、逐步遍历各级并测量每级的 V 和 I，然后始终关闭输出（包括发生错误或调用 output_off 时）。返回曲线（经降采样）、合规标志、线性拟合结果和可选的完整 CSV（创建新文件；绝不会覆盖现有文件）。开始前必须关闭输出。首先检查限值。
set_4wire	🎛 控制	选择 4 线（远程感测，开尔文）或 2 线测量。对于低电阻 DUT，4 线测量可消除引线电阻的影响，但需要连接 SENSE 引线。如果输出已开启，则会拒绝操作。
set_source_level	⚠️ 危险	更改已配置源的设定值。如果输出已开启，新的电压/电流会立即施加到 DUT。首先检查设定值和当前合规限值是否超出安全限值。

get_connection_info、get_command_log 和 reconnect 内置于每个 LabMCP 服务中。

安全限值

限值	默认值	含义
max_voltage_v	20 V	Agent 可输出或允许作为电压合规限值的最大 |电压|
max_current_a	0.1 A	Agent 可输出或允许作为电流合规限值的最大 |电流|
max_power_w	2 W	最大最坏情况功率 |源设定值 × 合规限值|
max_sweep_points	501	单次 IV 扫描的最多点数（双向扫描的返回段也计入）
max_sweep_duration_s	600 s	估算扫描时长上限（点数 ×（延迟 + 2·NPLC/50 s + 20 ms））

发送任何内容前都会检查限值：configure_source 和 set_source_level 会检查；run_iv_sweep 会检查最大的 |start| 和 |stop|；output_on 会从仪器读回设定值和合规限值并进行检查。因此，在前面板上设置的值也会被检查。超出型号自身最大值的请求（例如，在 2602B 上请求 40 V）同样会被拒绝。启动时覆盖限值：--limit max_voltage_v=60 --limit max_power_w=10。对于易损 DUT，请收紧默认限值。

示例提示词

• “以 20 mA 限制电流，分 61 步测量此 LED 在 0 到 3 V 范围内的 IV 曲线，然后告诉我电流为 1 mA 时的开启电压。”
• “以 4 线模式让样品通过 1 mA 电流并告诉我其电阻，然后关闭输出。”
• “对忆阻器从 −1 V 到 +1 V 执行双向扫描，限制电流为 1 mA，每点间隔 0.1 s，并将结果保存到 ~/data/memristor_run3.csv。”
• “对光电二极管执行从 1 nA 到 10 mA 的对数电流扫描，电压限制为 2 V，并拟合理想因子。”
• “SMU 现在在做什么？如果输出已开启，请将其关闭。”

注意事项

• 简单、可验证的命令。 扫描采用分步循环：设置电平、等待 delay_s、读取一次并检查限制值。不使用仪器内置扫描和触发模型，因此每个点都会显示在 get_command_log 中。每次扫描结束时，都会在 try/finally 中关闭输出。扫描运行期间调用 output_off（即使扫描仍在配置中）会设置中止标志并立即关闭输出；随后扫描会停止，不会再次开启输出，并报告 aborted: true。

• 扫描时长。 除了 max_sweep_duration_s，单次扫描最长可运行 1740 s（工具的 30 分钟超时减去余量）：预估时长更长的扫描会被拒绝；如果扫描运行速度比预估慢，则会提前停止、关闭输出，并返回已测得的点（stop_reason 会说明原因）。

• save_path 必须以 .csv 结尾，且文件必须尚不存在（绝不会覆盖现有文件）；缺失的文件夹会自动创建。输出开启前会检查此项。

• 溢出读数（SMU 的 +9.9E37 标记）在扫描曲线中会以 null 返回，计入 overflow_points，但不会纳入统计和拟合；measure 会将其报告为错误。

• 测量内容。

  • 2400：同时测量 V 和 I（:SENS:FUNC:CONC ON、:SENS:FUNC "VOLT","CURR"），通过 :READ? 读取（:FORM:ELEM VOLT,CURR,STAT）。限制状态来自状态字的第 3 位。
  • 2450：测量函数为非源输出量，源读回功能已开启，:READ? "defbuffer1",SOUR,READ 会返回两者。限制状态来自 :SOUR:VOLT:ILIM:TRIP? / :SOUR:CURR:VLIM:TRIP?。
  • 2600B：print(smuX.measure.iv()) 和 print(smuX.source.compliance)。

  处于限制状态时，报告的 V 和 I 是测量值，而非编程设定的电平。

• 2400 的 :MEAS? 会自行开启输出（手册第 18-72 页），因此绝不会使用。输出关闭时，measure 会拒绝运行。

• 重新配置时输出必须关闭。 输出开启时，configure_source 和 set_4wire 会拒绝执行。若要更改正在运行的源，请使用 set_source_level（危险工具）。

• 输出关闭状态（正常 / 零 / 高阻 / 保护）会保留为仪器上的配置。默认的正常状态下，关闭电流源后会变为 0 V 电压源。对于电池、已充电的电容或太阳能电池，请先选择高阻抗（2450 手册第 6-40 页）。

• 2460/2461/2470 的最大值未内置（尚未审阅这些型号的手册）。安全限制仍然适用，超出量程的设置会被仪器拒绝。不使用 2430 脉冲模式和 2600B 的 limitp 功率限制功能。

• 时序： NPLC 设置积分时间（60 Hz 下 1 PLC = 16.7 ms，50 Hz 下为 20 ms）。源自动延迟保持仪器默认设置（开启），而 delay_s 会为每个点增加稳定时间。

• 模拟器错误回复遵循手册中的错误列表（+802 "Not permitted with OUTPUT off"、-222、-113；2600B 为 1101 "Parameter too big"、-285/-286）。实际固件上的确切消息措辞可能有所不同。

硬件验证

型号	固件	接口	验证者	日期
尚无： 成为第一位