簡(jiǎn)介

自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備 (ATE) 機(jī)架包含各種電子子系統(tǒng)（例如電壓-電流 (VI) 源卡），可用于進(jìn)行半導(dǎo)體測(cè)試。VI 卡的功能是提供精確穩(wěn)定的電壓和電流源以及測(cè)量來(lái)測(cè)試半導(dǎo)體器件的電氣特性。參數(shù)測(cè)量單元 (PMU) 為 DUT 生成激勵(lì)（電壓和電流），并檢測(cè)電壓和電流。這種測(cè)量可通過(guò) PMU 的多路復(fù)用電壓電流 (MVIx) 輸出進(jìn)行，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 用于測(cè)量響應(yīng)。然后，可以分析這些測(cè)量結(jié)果以確定器件的電氣性能，并確定任何潛在缺陷。

VI 卡包含多個(gè)子系統(tǒng)通道，如圖 1 所示。更多的 VI 通道可實(shí)現(xiàn) DUT 并行測(cè)試，同時(shí)減少測(cè)試時(shí)間和成本。

圖 1 ATE 中的 VI 卡

設(shè)計(jì)示例

為 ATE 應(yīng)用選擇 ADC 時(shí)，請(qǐng)確定以下參數(shù)：

1. 測(cè)量精度

   ADC 的測(cè)量精度可使用總體未調(diào)誤差 (TUE) 進(jìn)行計(jì)算。

   方程式 1. $\mathrm{T}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{ }\mathrm{U}\mathrm{n}\mathrm{a}\mathrm{d}\mathrm{j}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{d}\mathrm{ }\mathrm{E}\mathrm{r}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{ }\left(\mathrm{T}\mathrm{U}\mathrm{E}\right)=\sqrt{{\left(\mathrm{G}\mathrm{a}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{ }\mathrm{E}\mathrm{r}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{r}\right)}^2+{\left(\mathrm{O}\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{t}\mathrm{ }\mathrm{E}\mathrm{r}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{r}\right)}^2+{\left(\mathrm{I}\mathrm{N}\mathrm{L}\right)}^2}$

   完成系統(tǒng)級(jí)校準(zhǔn)后，可以忽略偏移誤差和增益誤差，只需要考慮偏移熱漂移和增益熱漂移，如 表 2 所示。為了減少熱漂移誤差，可以使用散熱器來(lái)減少 PMU 和 ADC 的溫度變化。

   表 2 ADS9813 在各種工作條件下的測(cè)量精度

   校準(zhǔn)	INL (ppm)	偏移量誤差 (ppm)	增益誤差 (ppm)	TUE (ppm)	誤差 (%)
   無(wú)需校準(zhǔn)	±3.2	±60	±80	±100.05	±0.0100
   校準(zhǔn)?后	±3.2	0	0	±3.2	±0.0003
   校準(zhǔn)后 ±5°C	±3.2	±7.5	±12.5	±14.92	±0.0015

   為了提高精度，PMU 和 ADC 可以共享一個(gè)共同的基準(zhǔn)電壓，如圖 1 所示。以此類比例方式配置基準(zhǔn)電壓可以消除基準(zhǔn)漂移誤差。

2. 快速通道選擇

   VI 卡的每個(gè) PMU MVIx 輸出均可連接到 ADC 通道，如圖 1 所示。此外，該子系統(tǒng)可以使用多路復(fù)用器將多個(gè) PMU 輸出連接到一個(gè) ADC 通道。圖 2 顯示了一個(gè)示例，其中每個(gè) PMU 均具有 8 個(gè) MVIx 輸出通道，這些通道經(jīng)過(guò)多路復(fù)用并連接到一個(gè) ADC 輸入通道。這樣可以為 VI 儀表卡實(shí)現(xiàn)更高的通道密度并降低成本。

   圖 2 具有 8:1 PMU:ADC 通道數(shù)的 VI 卡

   使用多路復(fù)用器時(shí)，ADC 的模擬輸入帶寬必須更高（如 圖 2 所示），以便準(zhǔn)確地捕獲多路復(fù)用器輸出切換時(shí) PMU 輸出信號(hào)的變化。ADS9813 具有兩種用戶可選的模擬輸入帶寬：低噪聲模式下的帶寬高達(dá) 22.7kHz，寬帶寬模式下的帶寬高達(dá) 700kHz。高帶寬模式使 ADS9813 能夠?qū)Χ嗦窂?fù)用的 PMU 輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，因?yàn)樵撈骷稍?7.5μs 中將信號(hào)階躍穩(wěn)定至滿量程 (FS) 信號(hào)的 99.95%。在需要較少 PMU 輸出測(cè)量的應(yīng)用中，低噪聲模式可以優(yōu)化信號(hào)帶寬與噪聲性能，如表 3 所示。

   表 3 帶寬模式與穩(wěn)定時(shí)間和性能

   帶寬模式	穩(wěn)定時(shí)間 （99.95% FS）	SNR（典型值）
   寬帶寬 (500kHz)	7.5μs	79.7dB
   低噪聲 (22.7kHz)	55μs	89.1dB

   圖 3 ADS9813 低噪聲和高帶寬模式的穩(wěn)定響應(yīng)
3. 同步系統(tǒng)中的多個(gè)器件

   當(dāng)使用多個(gè) ADS9813 器件同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣時(shí)，可以共享采樣時(shí)鐘以提供對(duì)所有 PMU 輸出的同步采集，如圖 4 所示。同時(shí)，每個(gè)單獨(dú) ADS9813 的數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)時(shí)鐘必須一起路由到專用 FPGA 輸入，以并行讀取所有器件的數(shù)據(jù)。

   圖 4 具有 FPGA 的源同步高速數(shù)據(jù)接口