利用測試排序儀器降低測試成本

　　SMU具有的這些功能容許建立緊湊并且經(jīng)濟的系統(tǒng)，進行快速的多通道元器件測試。隨著測試要求的改變，它們也具備很高的靈活性，可以快速和方便的加以修改。采用這些儀器設計的系統(tǒng)可以在生產(chǎn)周期中更早地承擔更多的測試任務，并幫助降低生產(chǎn)線末端測試的高昂成本。

　　典型的測量要求

　　首先，創(chuàng)建適合不同元器件制造商需要的基于儀器的系統(tǒng)看起來不切實際。DUT(被測器件)可能是簡單的2引腳或4引腳器件，如二極管、 LED或三極管。這些測試都需要非常簡單的源測量程序,要具備快速的瞬時響應，以在兩個通道上生成精確的I-V曲線。由于元器件操控的速度很快(某些情況下達到每部件小于100毫秒)，因而儀器速度至關(guān)重要。

　　對于像電阻和RC網(wǎng)絡、多引腳瞬態(tài)電壓抑制器、EMI濾波陣列這樣的元器件，在一個陣列獲得通過之前，所有的單個元器件都必須通過測試。因此，需要并行的多通道測試以實現(xiàn)高的吞吐量。

　　隨著元器件復雜性的增加，測試和通道的數(shù)量也需要增加。對于半導體器件，測試設備應該能夠適合晶圓級測試，因為封裝成本高昂。在生產(chǎn)的初級階段，需要在納安級別對各種復雜低功率器件的靜態(tài)和泄漏電流進行測量。此外，需要對晶圓上的所有DUT進行簡單的直流測量以檢查基本功能。因為每一個晶圓存在成千上萬個的DUT，所以必須采用快速多通道的測試。

　　在所有這些元器件生產(chǎn)的過程中，一種常見需要就是利用一組重復的測試序列向DUT施加電壓或電流，測量其響應，將測量結(jié)果與可接受的極限進行比較，并作出合格/不合格決策。SMU的基本設計使它們非常適合于這類測試。然而，生產(chǎn)測試工程師需要仔細考慮儀器和測試系統(tǒng)架構(gòu)中的差異，以針對當前的任務選擇最佳的測試儀器，并設法預測將來的測試需要。

　　對于多DUT測試或?qū)Ω鼜碗s器件的多通道測試，要采用并行通道的I-V系統(tǒng)來提高測試吞吐量。盡管如此，測試速度可能仍然受限于儀器、應用程序或DUT穩(wěn)定時間?，F(xiàn)有并行通道系統(tǒng)的限制包括連續(xù)通道跳躍(即不能同時對所有并行通道進行測量)、測量量程變化的速度慢以及數(shù)據(jù)通信速度低。

　　可擴展多通道系統(tǒng)針對更為復雜的元器件和測試場景進行設計。它們常常包括針對各種測試功能的不同儀器。SMU常常是一個核心組件，寬帶儀器(信號發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀等)往往在外部添加。兩種最為常見的架構(gòu)是集成的功能測試儀和具有開放API(應用編程接口)儀器的I-V測試系統(tǒng)。

　　開放API意味著要把獨立儀器安裝到定制的測試系統(tǒng)之中，這通常通過用戶或系統(tǒng)集成商實現(xiàn)。比較而言，功能或參數(shù)測試儀是一種完全預裝 (交鑰匙)的系統(tǒng)，其中的大多數(shù)硬件和軟件集成已經(jīng)在交付使用之前為用戶做好了。這種系統(tǒng)的缺點是成本比較高。開放API系統(tǒng)為用戶和系統(tǒng)集成商提供了高度靈活的解決方案，具有實現(xiàn)更低成本的潛力。

　　圖1：基于TSP的多SMU測試系統(tǒng)

　　采用最新SMU獲得更高的吞吐量

　　測試夾具被加載后，大多數(shù)測試時間都是由下列時間段消耗：

　　1.信號源應用，包括電壓或電流瞬態(tài);

　　2.DUT穩(wěn)定時間;

　　3.測量，在需要時變更量程;

　　4.觸發(fā)延遲;

　　5.數(shù)據(jù)通信;

　　6.程序執(zhí)行，包括合格/不合格及裝箱決策;

　　7.測試夾具移動和/或電氣切換時間。

　　通過將獨立的儀器轉(zhuǎn)換到集成的SMU測試系統(tǒng)，縮短了獨立儀器與PC控制器之間的觸發(fā)延遲和數(shù)據(jù)通信時間。一些SMU具備的程序存儲器可以運行高達100項的預定義測試，能利用或不用PC進行極限比較、執(zhí)行條件程序分支等工作。這就減少了較慢的GPIB流量和PC的延遲時間。

在單通道系統(tǒng)中，采用具備測試程序存儲器的SMU來獲得測試時間的改善相對容易;然而，在多SMU系統(tǒng)中由于難以管理多個觸發(fā)和測試排序器，要縮短測試時間就要復雜得多。

　　正因為如此，老一代SMU具有僅僅采用命令提示的排序器，即它們存儲多個GPIB命令，通過PC的單次調(diào)用執(zhí)行。這些SMU通常不具備執(zhí)行極限測試或進行即時合格/不合格決策的邏輯。它們也不具備DUT操控接口，因此存在大量的GPIB流量。此外，許多老的設計不容許并行通道測試—通道都是順序被訪問的，所以對吞吐量的改進有限。

　　最新的SMU設計(有時稱為智能SMU)具有解決這些問題的測試腳本處理器(TSP)和高速控制總線。這就容許進行簡單的編程，能夠運行已經(jīng)下載并儲存在儀器中的復雜和高速的測試程序。利用跨越多個SMU的先進的資源共享方法可以實現(xiàn)這一點。

　　例如，在Keithley Instruments(吉時利儀器)的Series 2600 System SourceMeter儀器中，一種主-從安排容許對所有通道實施并行測量。這種架構(gòu)也容許方便地實現(xiàn)多通道的擴展。因此，測試工程師可以充分利用各種測試應用中的其它SMU功能。這些特性和功能包括：

　　1. 用于100s高速嵌入式測試程序的存儲器;

　　2. 電壓和電流脈沖及掃描能力;

　　3. 4象限I-V操作;

　　4. 寬的源/測量動態(tài)范圍(1uV到200V; 1pA到10A);

　　5. 6位半數(shù)字分辨率;

　　6. 高速的即時合格/不合格測試;

　　7. 用于觸發(fā)管理和元器件操控接口的數(shù)字I/O。

　　此外，智能SMU具備脈沖和低頻任意波形發(fā)生器的功能，可施加到每一個通道。通過提供針對多種應用的通用的模擬I/O引腳簡化了復雜的測試。

　　通過采用這些功能及改變測試系統(tǒng)編程的方法，就有可能極大地提高吞吐量。不再只依賴基于PC的控制，SMU的測試排序器和程序存儲器就可以控制大多數(shù)的測試。在吉時利儀器的Series 2600中，通過采用SMU的測試腳本處理器、高速排序器和快速控制總線(TSP-Link)，吞吐量得到進一步提高。可以根據(jù)需要的通道數(shù)量(最高達 128)，將多個SMU連接在一起，把它們像單臺儀器那樣使用。TSP-Link技術(shù)采用低延遲的100Mbps串行總線，能在多個SMU之間進行多通道 I-V掃描。

　　這些智能SMU也具備寬的動態(tài)范圍和無縫的量程切換。當測量要覆蓋很寬的范圍時，這一點非常重要，因為調(diào)整量程可能消耗大量的源測量時間。圖1描述了這種類型的多SMU系統(tǒng)。其吞吐量相當于基于主機(mainframe)的系統(tǒng)。

　　節(jié)省的其它成本

　　智能SMU使系統(tǒng)設計工程師易于集成各單元，且縮短了軟件開發(fā)時間。例如，吉時利儀器的TSP提供一種類似Basic的直觀的命令語言作為簡單的編程接口。采用TSP和Test Script Builder軟件，便于創(chuàng)建復雜的測試序列，以控制作為單個實體的多個SMU通道。不斷演進的測試要求很容易通過最小的SMU硬件變化來調(diào)整。

　　機架空間和硬件也會增加測試系統(tǒng)的成本。新型SMU的高密度設計采用節(jié)省空間的2U半機架外形。在向高引腳數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中，這容許多通道系統(tǒng)保持在一個測試架中。這種類型的機架堆疊系統(tǒng)消除了通常跟主機系統(tǒng)相關(guān)的大型硬件和開銷成本。當需要對測試系統(tǒng)做出改變時，可重用的SMU硬件和更為簡單的軟件開發(fā)也將進一步降低成本。

　　本文小結(jié)

　　吉時利儀器的Series 2600代表了下一代的SMU，滿足了高引腳數(shù)器件生產(chǎn)和多個DUT測試對快速的吞吐量和有成本效益的自動測試系統(tǒng)的需求。這些儀器方便向現(xiàn)有測試臺添加新的功能和容量，并進一步降低了新測試臺的成本。它們提供方便的擴展能力、更簡單的系統(tǒng)集成和很少的測試臺占用空間，減少了測試系統(tǒng)開發(fā)時間，與此同時增加了靈活性、性能和可靠性。