測試系統(tǒng)是否需要采用模塊化SMU

隨著半導(dǎo)體器件性能的提高和晶體管制造成本的不斷下降，如何實現(xiàn)測試成本目標(biāo)變得更具挑戰(zhàn)性。要實現(xiàn)該目標(biāo)的方法之一是并行測試多個設(shè)備，這通常需要具有兩到八個并行測試區(qū)的系統(tǒng)配置。采用這種方法的難點在于需要設(shè)計多站點測試系統(tǒng)來處理所有即時和未來測試需求，同時又要滿足機(jī)架和占地空間的限制，這點非常重要，因為每平方英尺半導(dǎo)體設(shè)備的成本可達(dá)成千上萬美元。

如果您正面臨這樣的挑戰(zhàn)，想想您的下一個測試系統(tǒng)設(shè)計可以有哪些選擇。如果使用傳統(tǒng)的SMU，要滿足并行測試配置所需的通道數(shù)可能需要在機(jī)架內(nèi)安裝幾十臺箱式儀器，從而大幅增加了測試系統(tǒng)的占地空間。另外， 您還有可能需要通過GPIB或以太網(wǎng)總線來控制或同步多臺儀器，這將導(dǎo)致延遲和超時，從而大大延長了測試時間和調(diào)試的過程。您甚至還可能需要解決冷卻需求來保持系統(tǒng)處于適當(dāng)?shù)臏囟龋苊庥绊懶?zhǔn)精度和準(zhǔn)確性。

每個 傳統(tǒng)箱式儀器除了配置有實際的測試儀器外，通常還包含顯示器、電源電路和機(jī)械防護(hù)外殼。我們以挑剔的眼光來看看包含包含多個箱式儀器的多通道系統(tǒng)：每個箱子內(nèi)重復(fù)安裝的顯示器、電源電路以及它們的外殼均是多余的。事實上，這些多余的配置反而會降低整體的系統(tǒng)效率。且不考慮您需要為此支付的實際成本，單單是占地空間和電源，就造成了很大的浪費。您實際上并不需要為這些無法幫助您完成測試目標(biāo)的多余配置買單。

而采用模塊化系統(tǒng)，每個配件都可針對您的切實需求進(jìn)行優(yōu)化。例如，模塊化SMU以模塊化板卡的形式提供了高功率、精度和速度，而不需要額外的顯示器和外殼?，F(xiàn)成的PC技術(shù)為您提供了所需的可編程控制和同步，同時您還可添加多個模塊化SMU來滿足通道數(shù)需求，也可添加其他類型的儀器，而不會浪費任何空間。模塊化系統(tǒng)的內(nèi)部功能可幫助您簡化構(gòu)建并行測試系統(tǒng)所需的SMU編程和系統(tǒng)布線，從而減小了整體占用空間，簡化了儀器控制裝置。

現(xiàn)今，SMU通常用于測試從晶圓級測試到封裝級及板卡級測試等各種不同階段的設(shè)備電流-電壓(I-V)特性。大多數(shù)工程師都知道任何設(shè)備，無論是射頻集成電路的旁路電容或是測試設(shè)施的電纜電容，總會包含一些電容或電感元件。這一點非常重要，因為這可能會引起系統(tǒng)振蕩，甚至有可能損壞DUT或SMU。您是否希望您的SMU能夠處理好電感或電容性負(fù)載，而不需要犧牲系統(tǒng)性能（如降低測試速度）或采用非常手段（如添加外部電路）？

SMU控制循環(huán)技術(shù)決定了SMU在各種負(fù)載下的行為，談到這一技術(shù)，該行業(yè)仍存在著較大的技術(shù)障礙。作為閉環(huán)儀器，SMU依靠“反饋控制”來確編程的源值（設(shè)定值）可正確地應(yīng)用于待測負(fù)載（或設(shè)備）。傳統(tǒng)盒式SMU采用模擬控制循環(huán)技術(shù)，該技術(shù)由包含運(yùn)算放大器、電阻器和電容器的復(fù)雜電路組成。這些SMU專用于一系列負(fù)載，但實際上SUM可提供完美響應(yīng)的理想負(fù)載的類型卻極其有限，這其中通常很少包含或不包含無功負(fù)載（電容或電感）。一旦涉及電容或電感負(fù)載，SMU的響應(yīng)往往變得不那么理想，這往往出現(xiàn)振蕩、過沖或緩慢的上升及下降時間。實際上，當(dāng)負(fù)載為無功負(fù)載時（但這種情況經(jīng)常發(fā)生），修正SMU行為變得極其困難，這有時可以通過減緩上升時間來實現(xiàn)，有時可能需要添加一個外部電路來有效地增強(qiáng)SMU控制循環(huán)，以針對特定負(fù)載進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。實際上這些方案不是好的解決方案，但遺憾的是，市場提供的傳統(tǒng)SMU產(chǎn)品都是依賴于模擬控制循環(huán)技術(shù)。

最新的NI模塊化SMU采用稱為NI SourceAdapt 技術(shù)的數(shù)字控制循環(huán)技術(shù)來取代傳統(tǒng)模擬控制循環(huán)。該技術(shù)使得測試工程師能夠針對給定負(fù)載自定義調(diào)整SMU響應(yīng)，進(jìn)而從根本上解決電容或電感負(fù)載造成的問題。由于該技術(shù)的控制循環(huán)采用數(shù)字方式，因而可讓您通過編程來控制關(guān)鍵的控制循環(huán)參數(shù)，這反過來使您可以針對特定負(fù)載調(diào)整SMU輸出。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，您通?？梢哉业结槍μ囟ㄘ?fù)載或待測設(shè)備類型的理想控制循環(huán)配置。確定理想設(shè)置并將其存儲在控制程序后，您需要了解就只是待測設(shè)備的類型。通過應(yīng)用針對特定待測設(shè)備的相應(yīng)設(shè)置， SMU就可提供完美的響應(yīng)，而不會發(fā)生任何超調(diào)（這是DUT損壞的主要原因）或振蕩，而且不會減緩SMU的響應(yīng)速度（最優(yōu)上升/下降時間）。

這種針對待測設(shè)備來調(diào)整SMU響應(yīng)的功能可確保您的系統(tǒng)不會發(fā)生任何振蕩或者由于待測設(shè)備的負(fù)載特性與SMU處理功能不匹配而引發(fā)的設(shè)備損壞問題，并最終保護(hù)您的測試系統(tǒng)投資。

大多數(shù)測試工程師都習(xí)慣依賴一個SMU來提供精確的供電和測量功能—通常適用于DC測量—同時也依賴其他儀器，如示波器來捕獲波形或任意波形發(fā)生器來生成波形。事實是大多數(shù)測試需求不僅包括直流電源，也需要更高的頻率。最新模塊化SMU能夠為您提供所有功能，既可節(jié)省您的測試成本，又可簡化您的測試。

NI的最新模塊化SMU具有1.8 MS/ s的采樣速率，使您無需使用外部示波器。此外，這些SMU具有高電壓電流范圍的浮置輸入，這對需要使用示波器且示波器需要配有外部衰減器或電流探針的應(yīng)用而言非常方便。

隨著測試系統(tǒng)朝著通用化發(fā)展以測試各種設(shè)備，未來升級能力或可重配置性成為工程師關(guān)注的另一個重要因素。想想您當(dāng)前的系統(tǒng)。它能否能夠滿足不斷變化的需求或適應(yīng)未來的設(shè)備？對于傳統(tǒng)SMU，為系統(tǒng)添加了新功能（如添加了來自不同供應(yīng)商的各種儀器）可能意味著需要徹底重新設(shè)計系統(tǒng)的架構(gòu)，因為不同儀器之間的控制和觸發(fā)各有不同。這種方法無法為您提供降低測試成本所需的靈活性。而模塊化SMU則只需通過升級儀器（而不是整個系統(tǒng)）就可利用最新的功能，這意味著您完全不用擔(dān)心需要大幅改變系統(tǒng)架構(gòu)。

模塊化方法可幫助您構(gòu)建通用測試裝置來測試各種設(shè)備。您可在單一的系統(tǒng)中配置多種SMU儀器，或者通過內(nèi)置的觸發(fā)和控制機(jī)制從豐富的模塊儀器產(chǎn)品進(jìn)行選擇。例如，將模塊化SMU與模塊化射頻收發(fā)儀相結(jié)合，可搭建一個高度集成的射頻集成電路測試系統(tǒng)，這是通過不同儀器之間的內(nèi)置觸發(fā)和握手機(jī)制來實現(xiàn)的。有了這種靈活性，您就可針對廣泛的應(yīng)用來構(gòu)建一個涵蓋射頻測試到精密直流測試的系統(tǒng)。

采用模塊化方法，您就可通過編寫軟件來設(shè)置儀器的工作方式，從而使您能夠采用最高效的儀器來執(zhí)行任務(wù)。相比傳統(tǒng)SMU，該方法使得測量速度提高了100倍。同時，您可按照自己的想法來控制測試系統(tǒng)，并利用其靈活性來完成測量。

隨著行業(yè)的發(fā)展和測試需求的不斷增長，傳統(tǒng)SMU的用戶也開始將目光轉(zhuǎn)向模塊化方法。模塊化SMU能夠?qū)崿F(xiàn)與獨立式SMU儀器相同甚至更高的性能，同時還提供一個集成平臺來支持現(xiàn)代技術(shù)，通過固有的靈活性來滿足不斷變化的需求。