測(cè)試系統(tǒng)是否需要采用模塊化SMU

1. 設(shè)計(jì)多通道測(cè)試系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試成本目標(biāo)

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(shí)現(xiàn)測(cè)試成本目標(biāo)變得更具挑戰(zhàn)性。要實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的方法之一是并行測(cè)試多個(gè)設(shè)備，這通常需要具有兩到八個(gè)并行測(cè)試區(qū)的系統(tǒng)配置。采用這種方法的難點(diǎn)在于需要設(shè)計(jì)多站點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)處理所有即時(shí)和未來(lái)測(cè)試需求，同時(shí)又要滿(mǎn)足機(jī)架和占地空間的限制，這點(diǎn)非常重要，因?yàn)槊科椒接⒊甙雽?dǎo)體設(shè)備的成本可達(dá)成千上萬(wàn)美元。

如果您正面臨這樣的挑戰(zhàn)，想想您的下一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以有哪些選擇。如果使用傳統(tǒng)的SMU，要滿(mǎn)足并行測(cè)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(tái)箱式儀器，從而大幅增加了測(cè)試系統(tǒng)的占地空間。另外， 您還有可能需要通過(guò)GPIB或以太網(wǎng)總線(xiàn)來(lái)控制或同步多臺(tái)儀器，這將導(dǎo)致延遲和超時(shí)，從而大大延長(zhǎng)了測(cè)試時(shí)間和調(diào)試的過(guò)程。您甚至還可能需要解決冷卻需求來(lái)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(gè) 傳統(tǒng)箱式儀器除了配置有實(shí)際的測(cè)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(lái)看看包含包含多個(gè)箱式儀器的多通道系統(tǒng)：每個(gè)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(shí)上，這些多余的配置反而會(huì)降低整體的系統(tǒng)效率。且不考慮您需要為此支付的實(shí)際成本，單單是占地空間和電源，就造成了很大的浪費(fèi)。您實(shí)際上并不需要為這些無(wú)法幫助您完成測(cè)試目標(biāo)的多余配置買(mǎi)單。

而采用模塊化系統(tǒng)，每個(gè)配件都可針對(duì)您的切實(shí)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(shí)您還可添加多個(gè)模塊化SMU來(lái)滿(mǎn)足通道數(shù)需求，也可添加其他類(lèi)型的儀器，而不會(huì)浪費(fèi)任何空間。模塊化系統(tǒng)的內(nèi)部功能可幫助您簡(jiǎn)化構(gòu)建并行測(cè)試系統(tǒng)所需的SMU編程和系統(tǒng)布線(xiàn)，從而減小了整體占用空間，簡(jiǎn)化了儀器控制裝置。

2. 使用最新SMU技術(shù)測(cè)試各種真實(shí)的DUT，同時(shí)確保DUT的安全

現(xiàn)今，SMU通常用于測(cè)試從晶圓級(jí)測(cè)試到封裝級(jí)及板卡級(jí)測(cè)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(wú)論是射頻集成電路的旁路電容或是測(cè)試設(shè)施的電纜電容，總會(huì)包含一些電容或電感元件。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)檫@可能會(huì)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(cè)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(lái)確編程的源值（設(shè)定值）可正確地應(yīng)用于待測(cè)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(zhuān)用于一系列負(fù)載，但實(shí)際上SUM可提供完美響應(yīng)的理想負(fù)載的類(lèi)型卻極其有限，這其中通常很少包含或不包含無(wú)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(guò)沖或緩慢的上升及下降時(shí)間。實(shí)際上，當(dāng)負(fù)載為無(wú)功負(fù)載時(shí)（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(shí)可以通過(guò)減緩上升時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，有時(shí)可能需要添加一個(gè)外部電路來(lái)有效地增強(qiáng)SMU控制循環(huán)，以針對(duì)特定負(fù)載進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。實(shí)際上這些方案不是好的解決方案，但遺憾的是，市場(chǎng)提供的傳統(tǒng)SMU產(chǎn)品都是依賴(lài)于模擬控制循環(huán)技術(shù)。

最新的NI模塊化SMU采用稱(chēng)為NI SourceAdapt 技術(shù)的數(shù)字控制循環(huán)技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)模擬控制循環(huán)。該技術(shù)使得測(cè)試工程師能夠針對(duì)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(wèn)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(guò)編程來(lái)控制關(guān)鍵的控制循環(huán)參數(shù)，這反過(guò)來(lái)使您可以針對(duì)特定負(fù)載調(diào)整SMU輸出。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，您通?？梢哉业结槍?duì)特定負(fù)載或待測(cè)設(shè)備類(lèi)型的理想控制循環(huán)配置。確定理想設(shè)置并將其存儲(chǔ)在控制程序后，您需要了解就只是待測(cè)設(shè)備的類(lèi)型。通過(guò)應(yīng)用針對(duì)特定待測(cè)設(shè)備的相應(yīng)設(shè)置， SMU就可提供完美的響應(yīng)，而不會(huì)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(huì)減緩SMU的響應(yīng)速度（最優(yōu)上升/下降時(shí)間）。

這種針對(duì)待測(cè)設(shè)備來(lái)調(diào)整SMU響應(yīng)的功能可確保您的系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生任何振蕩或者由于待測(cè)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(wèn)題，并最終保護(hù)您的測(cè)試系統(tǒng)投資。

3. 利用最新模塊化SMU的多功能性

大多數(shù)測(cè)試工程師都習(xí)慣依賴(lài)一個(gè)SMU來(lái)提供精確的供電和測(cè)量功能—通常適用于DC測(cè)量—同時(shí)也依賴(lài)其他儀器，如示波器來(lái)捕獲波形或任意波形發(fā)生器來(lái)生成波形。事實(shí)是大多數(shù)測(cè)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?yàn)槟峁┧泄δ?，既可?jié)省您的測(cè)試成本，又可簡(jiǎn)化您的測(cè)試。

NI的最新模塊化SMU具有1.8 MS/ s的采樣速率，使您無(wú)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(duì)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(cè)試系統(tǒng)朝著通用化發(fā)展以測(cè)試各種設(shè)備，未來(lái)升級(jí)能力或可重配置性成為工程師關(guān)注的另一個(gè)重要因素。想想您當(dāng)前的系統(tǒng)。它能否能夠滿(mǎn)足不斷變化的需求或適應(yīng)未來(lái)的設(shè)備？對(duì)于傳統(tǒng)SMU，為系統(tǒng)添加了新功能（如添加了來(lái)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(jì)系統(tǒng)的架構(gòu)，因?yàn)椴煌瑑x器之間的控制和觸發(fā)各有不同。這種方法無(wú)法為您提供降低測(cè)試成本所需的靈活性。而模塊化SMU則只需通過(guò)升級(jí)儀器（而不是整個(gè)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(cè)試裝置來(lái)測(cè)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(guò)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(gè)高度集成的射頻集成電路測(cè)試系統(tǒng)，這是通過(guò)不同儀器之間的內(nèi)置觸發(fā)和握手機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。有了這種靈活性，您就可針對(duì)廣泛的應(yīng)用來(lái)構(gòu)建一個(gè)涵蓋射頻測(cè)試到精密直流測(cè)試的系統(tǒng)。

采用模塊化方法，您就可通過(guò)編寫(xiě)軟件來(lái)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(lái)執(zhí)行任務(wù)。相比傳統(tǒng)SMU，該方法使得測(cè)量速度提高了100倍。同時(shí)，您可按照自己的想法來(lái)控制測(cè)試系統(tǒng)，并利用其靈活性來(lái)完成測(cè)量。

4. 采用模塊化SMU

隨著行業(yè)的發(fā)展和測(cè)試需求的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)SMU的用戶(hù)也開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向模塊化方法。模塊化SMU能夠?qū)崿F(xiàn)與獨(dú)立式SMU儀器相同甚至更高的性能，同時(shí)還提供一個(gè)集成平臺(tái)來(lái)支持現(xiàn)代技術(shù)，通過(guò)固有的靈活性來(lái)滿(mǎn)足不斷變化的需求。