本應(yīng)用筆記通過描述引腳電子(PE)器件的主要模塊和不同的測試器架構(gòu),為理解和設(shè)計具有復雜功能的ATE測試儀提供了解決方案。
介紹
自動測試設(shè)備 (ATE) 是一種測試設(shè)備,旨在一次在一個或多個設(shè)備上執(zhí)行單個測試或一系列測試。不同類型的ATE測試儀包括電子、硬件和半導體器件的測試,這些測試由Maxim的ATE高度集成引腳電子(PE)器件產(chǎn)品組合提供支持。這些 PE 器件能夠以精確的電壓和電流提供信號和電源。它還可以測量被測器件 (DUT) 的電氣特性。本應(yīng)用筆記描述了復雜PE器件的主要模塊,并描述了不同的測試器架構(gòu),從而簡化了ATE測試儀的設(shè)計。
PE 器件的主要模塊包括驅(qū)動器、比較器、負載、參數(shù)測量單元 (PMU) 和器件電源 (DPS)。定時器件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、多路復用器、繼電器和開關(guān)是測試儀中上述主要模塊的支持模塊。Maxim廣泛的產(chǎn)品組合支持主要的PE模塊和支撐模塊。以下部分詳細介紹了 PE 設(shè)備的主要模塊。
驅(qū)動器 + 比較器 + 負載 (DCL)
DCL驅(qū)動的信號通過結(jié)合可配置的負載條件,在各種電壓電平和頻率上檢查DUT功能。傳統(tǒng)上,設(shè)備的交流特性是用測試儀的DCL模塊測試的。
圖1.使用 DCL 的測試儀框圖。
測試儀速度和功耗是ATE產(chǎn)品的關(guān)鍵參數(shù)。Maxim的PE驅(qū)動器可以在不影響信號保真度的情況下高速工作,即使在較高頻率下也能提供低功耗。這是通過在先進的BiCMOS半導體制造工藝中實現(xiàn)PE設(shè)計來實現(xiàn)的。例如,MAX9979具有高速驅(qū)動器,支持1V時1.1Gbps的數(shù)據(jù)速率P-P具有1.2W/通道的低功耗。
司機
驅(qū)動器負責在不同電壓電平下切換設(shè)備。任何器件中的電壓電平都可以編程或通過模擬輸入進行設(shè)置。具有集成電平設(shè)置DAC的PE IC支持通過串行接口對不同的電壓電平進行編程。不帶集成DAC的PE IC通過模擬輸入設(shè)置電壓電平。除驅(qū)動器模塊外,還使用外部DAC、FPGA和電源來配置和提供模擬輸入。峰峰值輸出電壓決定了PE驅(qū)動器工作的最大數(shù)據(jù)速率。該器件的最大數(shù)據(jù)速率由特定輸出電壓擺幅下的上升/下降時間計算得出。
三電平和四電平驅(qū)動器在當今的PE市場中占主導地位。四電平驅(qū)動器可以驅(qū)動非常高的電壓(通常為 V呵呵~13V)以及三電平驅(qū)動器支持的電壓電平。三電平驅(qū)動器可以在驅(qū)動高壓(V衛(wèi)生署)、驅(qū)動低電壓 (V目錄)和終止電壓 (VDT),分別是模擬輸入或內(nèi)部 DHV、DLV 和 DTV 電平設(shè)置 DAC 的電壓電平。所有內(nèi)部DAC均可通過SPI接口進行配置。
驅(qū)動器的作用類似于三個或四個不同電壓電平之間的多路復用器開關(guān)。多路復用器開關(guān)由高速差分輸入 DATA/NDATA 和 RCV/NRCV、單端輸入 ENVHHP 以及模式控制位 TMSEL 和 ENVHHS 控制。有關(guān)控制字位和數(shù)字輸入,請參閱數(shù)據(jù)手冊,以接通驅(qū)動器,然后在電壓電平(DHV、DLV、DTV 和 V呵呵—詳見表 1。
鞘鞘 | 環(huán)境 | 恩維赫普 | RCV | 數(shù)據(jù) | 驅(qū)動器輸出 |
X | X | 1 | 0 | 0 | 驅(qū)車前往 DLV |
X | X | 1 | 0 | 1 | 驅(qū)車前往 DLV |
0 | 0 | 1 | 1 | X | 高阻抗接收 |
1 | 0 | 1 | 1 | X | 驅(qū)車前往數(shù)字電視 |
X | 1 | X | 1 | X | 驅(qū)動至 V呵呵 |
X | 0 | 0 | X | X | 驅(qū)動至 V呵呵 |
如圖2所示,驅(qū)動器的其他特性包括電纜下垂補償、壓擺率控制、驅(qū)動器電壓鉗位和可調(diào)輸出阻抗。通常,驅(qū)動器的輸出阻抗為50°C,但Maxim的ATE產(chǎn)品組合中的某些器件支持可調(diào)驅(qū)動器輸出阻抗。在具有可調(diào)阻抗功能的驅(qū)動器中,驅(qū)動器的固定阻抗為48?和 ±2.5 的可編程阻抗?(分辨率為360m?),可通過串行接口位進行調(diào)整。這有助于克服從測試儀到DUT使用的同軸電纜的公差。壓擺率電路用于調(diào)節(jié)驅(qū)動器輸出電壓的上升和下降時間。驅(qū)動器緩沖壓擺率可通過串行接口進行控制。
圖2.顯示驅(qū)動程序附加功能的驅(qū)動程序框圖。
驅(qū)動器電纜壓降補償
使用有損互連器件工作會降低 DUT 的輸出波形,因為傳輸線路中的頻率相關(guān)壓降,從而導致信號高度降級或無法使用。電壓下降可以通過電纜下降補償電路進行補償。Maxim的PE驅(qū)動器補償電路通過在標稱輸出波形中增加雙時間常數(shù)衰減波形來抵消這種衰減。圖3顯示了典型驅(qū)動器與電纜下垂補償驅(qū)動器之間的比較。要了解有關(guān)電纜性能問題的更多信息,請參考Maxim的應(yīng)用筆記4338:電纜損耗解決方案。
圖3.典型驅(qū)動器中的電纜下垂補償與Maxim ATE驅(qū)動器的比較。
驅(qū)動器電壓鉗
當通道配置為高阻抗接收器時,高壓和低壓箝位限制DUT_電壓并抑制反射。箝位電壓可以使用模擬輸入/電平設(shè)置DAC(CPHV_和CPLV_)進行設(shè)置。僅當驅(qū)動器處于高阻抗模式時,才會使能箝位。對于瞬態(tài)抑制,將箝位電壓設(shè)置為超出最小和最大預期 DUT 輸出電壓范圍的大約 0.7V。然后,過壓保護保持活動狀態(tài),無需負載DUT_。驅(qū)動器箝位始終且僅在驅(qū)動器高阻抗模式下啟用。
比較儀
高速比較器的一個輸入在內(nèi)部連接到DUT_節(jié)點,另一個輸入連接到CHV或CLV(內(nèi)部DAC或外部模擬輸入)。比較器的輸出是輸入條件的邏輯結(jié)果。高速比較器可以有兩種類型——窗口比較器和差分比較器。
窗口比較器
兩個獨立的比較器構(gòu)成一個窗口比較器。窗口比較器輸出CH和CL由DAC電壓CHV和CLV控制,如圖4所示。表2顯示了窗口比較器的真值表。從真值表中,一個示例條件是當 DUT 電壓在 CLV 和 CHV 電壓之間的窗口內(nèi)時 (V中新社< V被測器< VCHV),則CL比較器輸出為高電平,CH輸出為低電平。
條件 | CH | CL | |
VDUT < VCHV | VDUT < VCLV | 0 | 0 |
VDUT < VCHV | VDUT > VCLV | 0 | 1 |
VDUT < VCHV | VDUT > VCLV | 1 | 0 |
VDUT < VCHV | VDUT > VCLV | 1 | 1 |
圖4.窗口比較器顯示輸出 CH 和 CL。
差分比較器
差分比較器比較兩個DUT之間的電壓電平以及DAC電壓(CHV、CLV),并產(chǎn)生輸出CH和CL。 假設(shè)比較器比較DUT0、DUT1和電平設(shè)定器CHV和CLV之間的電壓電平,則圖5顯示了比較器的工作,其中V總局是 DUT 接地檢測處的電壓。表3顯示了差分比較器的真值表。
條件 | CH | CL | |
V被測器0- 五被測器1< VCHV- 五總局 | V被測器0- 五被測器1< V中新社- 五總局 | 0 | 0 |
V被測器0- 五被測器1< VCHV- 五總局 | V被測器0- 五被測器1< V中新社- 五總局 | 0 | 1 |
V被測器0- 五被測器1< VCHV- 五總局 | V被測器0- 五被測器1< V中新社- 五總局 | 1 | 0 |
V被測器0- 五被測器1< VCHV- 五總局 | V被測器0- 五被測器1< V中新社- 五總局 | 1 | 1 |
圖5.差分比較器。
負載塊
在測試過程中,設(shè)備必須在加載或卸載條件下進行測試。負載模塊有助于功能測試,以及驗證不同負載條件下的電壓和電流水平。可以控制串行接口位以啟用和禁用PE IC中的負載。PE IC中有兩種不同類型的負載,一種是無源負載,另一種是有源負載。
被動負載
具有無源負載的PEC具有兩個或多個阻性負載選項,可通過選擇開關(guān)將“換向”電壓(VCOM)或在本例中為端接電平連接到DUT,如圖5所示。每條路徑通過通過串行接口控制的開關(guān)單獨連接到 DUT。負載有助于與開漏 DUT 輸出的比較器和上拉進行快速開路/短路測試。
當開關(guān)一 (S1) 啟用時,負載一 (L1) 連接到 DUT。使能開關(guān)二 (S2) 時,負載二 (L2) 連接到 DUT。當 S1 和 S2 都啟用時,連接到 DUT 的負載將是 L1 和 L2 并聯(lián)連接。
圖6.顯示負載選項的被動負載。
有源負載
有源負載,也稱為可編程電流負載,在功能測試期間充當 DUT 的負載。有源負載是線性可編程電流源和灌電流、換向緩沖器和二極管橋,如圖7所示。模擬控制輸入或電平設(shè)置DAC設(shè)置灌電流/拉電流和換向緩沖器輸出電壓。
源電流和灌電流分別是流出和流入PE的DUT引腳的電流。當換向緩沖器輸出電壓電平小于 DUT 電壓時,電流從 DUT 流向有源負載可編程灌電流(或 VLDL),導致被測器件源出電流。當換向緩沖器輸出電壓電平大于DUT電壓時,電流從有源負載可編程源(或VLDH)流經(jīng)二極管橋流向DUT器件,導致被測器件吸收電流。VLDH 和 VLDL DAC 電壓分別用于改變源電流和灌電流的量。
圖7.有源負載顯示電流源和灌電流、換向緩沖器和二極管橋。
參數(shù)測量單元 (PMU)
PMU 強制并測量進入 DUT 的電流和電壓。理想情況下,PMU 用于測試被測器件的直流特性。測試 系統(tǒng) 架構(gòu) 由 可 與 一組 PE IC 共享 的 PMU 或 用于 DUT 每 個 引腳 的 PMU 組成, 稱為 每 引腳 PMU (PPMU)。PPMU 架構(gòu)成倍地縮短了測試時間,因為每個 DUT 引腳都可以同時進行測試。
圖8.使用 PMU 的測試儀框圖。
PMU 具有不同的工作模式,具體取決于 PMU 輸出引腳是強制電流 (FI) 還是電壓 (FV),PMU 測量引腳是測量電壓 (MV) 還是電流 (MI)。每個PMU都有電壓鉗位,以避免在FI模式下產(chǎn)生任何瞬態(tài)電壓。它還具有電流鉗位,以避免在FV模式下產(chǎn)生任何瞬態(tài)電流。請參考Maxim應(yīng)用筆記4343,了解PMU的力電壓/測量電壓(FVMV)、力電壓/測量電流(FVMI)、力電流/測量電壓(FIMV)和力電流/測量電流(FIMI)模式。
PMU 交換機與 PMU
PMU 開關(guān)提供內(nèi)部連接到 DUT 節(jié)點的力和檢測路徑,允許使用另一個外部 PMU 或直流電源。這些力和檢測路徑通過串行接口進行控制。力路徑通過相對較低的電阻通過外部 PMU 或直流電源將電流/電壓驅(qū)動到 DUT。檢測路徑提供來自 DUT 節(jié)點的更高電阻(零電流)反饋路徑。
設(shè)備電源 (DPS)
測試環(huán)境中的DPS提供DUT所需的電源電壓。DPS 可在力電壓 (FV) 和力電流 (FI) 模式下運行。當DPS在FI模式下工作時,可編程電壓鉗位確保電壓在DUT的范圍內(nèi)。當負載電流在可編程電流限值內(nèi)時,工作在 FV 模式下的 DPS 充當電壓源。如果達到電流限值,則DPS電壓源轉(zhuǎn)換為電流源/吸收。
DPS具有類似于典型電源的力和檢測線,以及回讀和測量電壓和電流的能力。考慮一個測量電源電流(I抄送) 通過改變電源電壓 (V抄送).DPS(在FV模式下工作)的力和檢測線連接到器件電源引腳。力線在輸出端提供所需的電壓電平,檢測線監(jiān)視施加的電壓電平。DPS 內(nèi)部的補償電路試圖保持恒定的電源電壓,而不管 DPS 和 DUT 之間的電阻如何。電源電流 (I抄送) 通過取決于所選電流范圍的檢測電阻進行測量,從而提供可調(diào)電源電壓 (V抄送).PMU和DPS相似,但DPS具有比PMU更高的電流能力。
鉗位和電流限制
DPS 具有電壓控制輸入,允許獨立設(shè)置輸出電壓。DPS 輸出具有可調(diào)節(jié)的箝位,可限制負輸出電壓和正輸出電壓和電流。DPS 的操作模式類似于 PMU 的模式。在FV模式下,輸出電壓與輸入電壓成正比,輸入電壓由內(nèi)部寄存器設(shè)置決定。在FI模式下,輸出電流與輸入電壓成正比,比例常數(shù)取決于DPS內(nèi)部的檢測電阻。
可編程電壓箝位可用于限制FI模式下的輸出電壓。輸出端的 FV 和 FI 模式下提供可編程電流限制。使能、禁用和設(shè)置電壓鉗位和電流限值由內(nèi)部寄存器設(shè)置控制。
測試儀架構(gòu)
測試儀可廣泛分為片上系統(tǒng) (SoC) 測試儀或內(nèi)存測試儀。在 SoC 測試儀中,每個引腳都可以在不同的電壓/電流水平下進行測試。在存儲器測試儀中,幾個驅(qū)動器用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到DUT的存儲器地址,這些地址通常是僅輸入引腳;通常不需要在這些引腳上測試回讀。由于這種單向通信,比較器模塊更常用于SOC測試儀,而不是存儲器測試儀。測試 時間 和 測試 系統(tǒng) 成本 是 設(shè)計 測試 系統(tǒng) 架構(gòu) 時 的 兩個 重要 考慮因素。圖 9、10 和 11 描述了測試儀架構(gòu)的一些示例。
圖9.帶有驅(qū)動器和比較器的測試儀架構(gòu)。
圖 10.采用 DCL 和 PPMU 的測試儀架構(gòu)。
圖 11.具有 DCL 和共享 PMU 的測試儀架構(gòu)。
審核編輯:郭婷
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