先進(jìn)的數(shù)字處理器IC要求通過單獨(dú)的DC參數(shù)和高速數(shù)字自動(dòng)測試設(shè)備(ATE)測試，以達(dá)到質(zhì)保要求。這帶來了很大的成本和組織管理挑戰(zhàn)。本文將介紹ADGM1001 SPDT MEMS開關(guān)如何助力一次性通過單插入測試，以幫助進(jìn)行DC參數(shù)測試和高速數(shù)字測試，從而降低測試成本，簡化數(shù)字/RF片上系統(tǒng)(SoC)的測試流程。

圖1.操作員將負(fù)載板安裝到測試儀上，以測試數(shù)字SoC

ATE挑戰(zhàn)

半導(dǎo)體市場在不斷發(fā)展，為5G調(diào)制解調(diào)器IC、圖像處理IC和中央處理IC等先進(jìn)的處理器提供速度更快、密度更高的芯片間通信。在這種復(fù)雜性不斷提高、需要更高吞吐量的形勢下，保證質(zhì)量成為當(dāng)前ATE設(shè)計(jì)人員面臨的終極挑戰(zhàn)。其中一個(gè)關(guān)鍵性問題是：發(fā)射器(Tx)/接收器(Rx)通道數(shù)量不斷增加，需要進(jìn)行高速數(shù)字和DC參數(shù)測試。這些挑戰(zhàn)令半導(dǎo)體測試越來越復(fù)雜，如果不加以解決，會導(dǎo)致測試時(shí)間更長、負(fù)載板更復(fù)雜和測試吞吐量下降。而在現(xiàn)代ATE環(huán)境中，也會致使運(yùn)營費(fèi)用(OPEX)增加，產(chǎn)出降低。

要解決這些ATE挑戰(zhàn)，需要使用能在DC頻率和高頻率下運(yùn)行的開關(guān)。ADGM1001能傳輸真正的0Hz DC信號，以及高達(dá)64Gbps的高速信號。這讓人們得以構(gòu)建高效的單個(gè)測試平臺（一次插入），可配置為測試DC參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和高速數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)，例如PCIe Gen 4/5/6、PAM4和USB 4。

圖2.ADGM1001眼圖，32Gbps（RF1至RFC，包含參考波形，使用的偽隨機(jī)測試碼PRBS 2¹⁵-1）。

如何測試HSIO引腳？

在高產(chǎn)量生產(chǎn)環(huán)境中測試高速輸入輸出(HSIO)接口是一大挑戰(zhàn)。驗(yàn)證HSIO接口的一種常見方法是采用高速環(huán)回測試結(jié)構(gòu)。這會將高速測試路徑和DC測試路徑集成在同一個(gè)配置中。

要執(zhí)行高速環(huán)回測試，通常從發(fā)射器高速發(fā)射一個(gè)偽隨機(jī)位序列(PRBS)，在負(fù)載板或測試板上環(huán)回之后由接收器接收，如圖3（左側(cè)）所示。在接收端，對序列進(jìn)行分析，以計(jì)算誤碼率(BER)。

圖3.兩種插入測試方法的示意圖

DC參數(shù)測試（例如連續(xù)性和泄漏測試）在I/O引腳上進(jìn)行，以確保器件功能正常。要執(zhí)行這些測試，需要將引腳直接連接到DC儀器上，用該儀器施加電流并測量電壓，以測試故障。

要在DUT I/O上執(zhí)行高速環(huán)回測試和DC參數(shù)測試，可以使用多種方法來測試數(shù)字SoC；例如，使用MEMS開關(guān)或繼電器，或使用兩種不同類型的負(fù)載板，一種用于執(zhí)行高速測試，另一種用于執(zhí)行DC測試，這需要兩次插入。

使用繼電器執(zhí)行高速測試和DC參數(shù)測試變得很有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榇蠖鄶?shù)繼電器的工作頻率不超過8GHz，因此用戶必須在信號速度和測試范圍方面做出讓步。此外，繼電器體積大，會占用很大的PCB面積，這會影響解決方案的尺寸。繼電器的可靠性一直備受關(guān)注，它們通常只能支持1000萬個(gè)開關(guān)周期，這限制了系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)間和負(fù)載板的壽命。

圖3顯示用于執(zhí)行高速環(huán)回測試和DC參數(shù)測試的兩種插入測試方法。圖3中，左側(cè)顯示高速數(shù)字環(huán)回測試設(shè)置，其中DUT的發(fā)射器通過耦合電容接至接收器。圖3右側(cè)顯示DC參數(shù)測試設(shè)置，其中DUT引腳直接連接至ATE測試儀進(jìn)行參數(shù)測試。到目前為止，受組件限制，還無法在同一個(gè)負(fù)載板上同時(shí)提供高速環(huán)回功能和DC測試功能。

與兩次插入測試相關(guān)的挑戰(zhàn)

?      管理兩套硬件：用戶必須維護(hù)和管理進(jìn)行DC和環(huán)回測試所需的兩套負(fù)載板。這使成本大幅增加，尤其是在測試大量器件時(shí)。

?      延長測試時(shí)間，增加測試成本：兩次插入測試意味著每個(gè)DUT必須測試兩次，因此每次測試的索引時(shí)間將增加一倍，最終會增加測試成本，并顯著影響測試吞吐量。

?      測試時(shí)間優(yōu)化：使用兩套硬件時(shí)，測試時(shí)間無法優(yōu)化。如果一個(gè)器件導(dǎo)致第二次插入失敗，成本會進(jìn)一步增加。第一次插入則會浪費(fèi)測試儀時(shí)間。

?      更易出現(xiàn)操作錯(cuò)誤：由于每個(gè)DUT都要測試兩次，出現(xiàn)操作錯(cuò)誤的幾率也會翻倍。

?      解決方案設(shè)置× 2：兩種測試插入方法涉及兩組硬件，使得硬件設(shè)置時(shí)間翻倍。

?      組織管理成本：兩次插入測試，意味著需要移動(dòng)更多組件。需要在兩個(gè)測試儀之間，甚至兩個(gè)測試室之間移動(dòng)組件，帶來了規(guī)劃和組織管理挑戰(zhàn)。

如何利用出色密度解決兩次插入問題

ADI的34GHz MEMS開關(guān)技術(shù)采用小巧的5mm × 4mm × 0.9mm LGA封裝，提供高速數(shù)字測試功能和DC測試功能，如圖4所示。要執(zhí)行高速數(shù)字測試，來自發(fā)射器的高速信號經(jīng)由開關(guān)，路由傳輸回到接收器，在解碼之后，進(jìn)行BER分析。要執(zhí)行DC參數(shù)測試，該開關(guān)將引腳連接到DC ATE測試儀進(jìn)行參數(shù)測試，例如連續(xù)性和泄漏測試，以確保器件功能正常。在執(zhí)行DC參數(shù)測試期間，MEMS開關(guān)還提供與ATE進(jìn)行高頻通信的選項(xiàng)，可以滿足某些應(yīng)用的需求。

圖4.ADGM1001支持高速數(shù)字測試和DC測試（只突出顯示P通道）

圖5顯示高速數(shù)字測試解決方案，分別使用繼電器和使用ADGM1001 MEMS開關(guān)進(jìn)行比較。使用MEMS開關(guān)時(shí)，解決方案的尺寸比使用繼電器時(shí)縮減近50%，這是因?yàn)?span style="font-family:'Arial',sans-serif">ADGM1001采用5 × 4 × 0.9mm LGA封裝，比典型的繼電器小20倍。PCIe Gen 4/5、PAM4、USB 4和SerDes等高頻標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)多個(gè)發(fā)射器和接收器通道，這些通道需要緊密排布在PCB上，但不能增加布局復(fù)雜性，以消除通道與通道之間的差異。為了滿足這些不斷發(fā)展的高頻標(biāo)準(zhǔn)的要求，MEMS開關(guān)在負(fù)載板設(shè)計(jì)中提供致密和增強(qiáng)功能，以便執(zhí)行數(shù)字SoC測試。

圖5.分別使用繼電器和ADGM1001的環(huán)回解決方案比較

繼電器尺寸通常很大，只能提供有限的高頻性能。它們利用增強(qiáng)致密來支持更高的頻率標(biāo)準(zhǔn)，例如PCIe Gen 4/5、PAM4、USB 4和SerDes。大多數(shù)繼電器的工作頻率不超過8GHz，在高頻率下具有很高的插入損耗，會影響信號的完整性并限制測試覆蓋范圍。

ADGM1001簡介

ADGM1001 SPDT MEMS開關(guān)在DC至34GHz頻率范圍內(nèi)提供出色的性能。該技術(shù)具有超低寄生效應(yīng)和寬帶寬，開關(guān)對高達(dá)64Gbps信號的影響很小，并且通道偏斜、抖動(dòng)和傳播延遲都比較低，可實(shí)現(xiàn)高保真數(shù)據(jù)傳輸。它在34GHz時(shí)提供1.5dB的低插入損耗和3?低R_ON。它提供69dBm的良好線性度，可以處理高達(dá)33dBm的RF功率。它采用5mm × 4mm × 0.95mm小型塑料SMD封裝，提供3.3V電源和簡單的低壓控制接口。所有這些特性使ADGM1001非常適合ATE應(yīng)用，支持通過單次測試插入實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字測試和DC參數(shù)測試，如圖4所示。

圖6.ADGM1001 RF性能

圖7.封裝類型：5mm × 4mm × 0.9mm 24引腳LGA封裝

ADGM1001易于使用，為引腳23提供3.3V V_DD即可運(yùn)行。但是，V_DD可以使用3.0V至3.6V電壓。開關(guān)可以通過邏輯控制接口（引腳1至引腳4）或通過SPI接口進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)器件功能所需的所有無源組件都集成在封裝內(nèi)，易于使用并且節(jié)省板空間。圖8所示為ADGM1001的功能框圖。

圖8.ADGM1001功能框圖

使用ADGM1001實(shí)現(xiàn)單次插入測試的優(yōu)勢

?      出色的高速和DC性能：實(shí)現(xiàn)從DC到34GHz的寬帶寬是當(dāng)今行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。ADGM1001的插入損耗、線性度、RF功率處理和R_ON等關(guān)鍵參數(shù)在DC到34GHz范圍內(nèi)都具有出色的性能。

?      降低運(yùn)營費(fèi)用：

n 減少硬件數(shù)量：單次插入測試只需使用一套測試硬件；因此，用戶無需投資購買兩套硬件和測試設(shè)備，可以大幅降低運(yùn)營費(fèi)用。

n 測試儀的運(yùn)行時(shí)間：與繼電器相比，ADGM1001支持1億個(gè)循環(huán)周期，提供出色的可靠性，可延長測試儀的運(yùn)行時(shí)間，最終降低運(yùn)營費(fèi)用。

?      提高測試吞吐量：ADGM1001允許使用單次插入測試，將索引時(shí)間減少一半，這會大幅縮短測試時(shí)間，提供更高的測試吞吐量和資產(chǎn)利用率。

?      密集解決方案，面向未來：ADGM1001提供更高的致密度和增強(qiáng)功能。MEMS開關(guān)技術(shù)提供可靠的路線圖，適用于DC至高頻運(yùn)行開關(guān)，且與不斷發(fā)展的技術(shù)完全保持一致。

?      降低組織管理成本：使用單次插入方法時(shí)，需要移動(dòng)的組件數(shù)量更少，可以降低組織管理成本和規(guī)劃難度。

?      減少組件移動(dòng)：使用單次插入測試方法時(shí)，DUT只需一次插入進(jìn)行測試，減少了組件移動(dòng)，最終可降低發(fā)生操作錯(cuò)誤的幾率。

結(jié)論

ADGM1001正在推動(dòng)DC至34GHz開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使得組合使用高速數(shù)字和DC參數(shù)解決方案進(jìn)行SoC測試成為可能。它有助于縮短測試時(shí)間，改善電路板設(shè)計(jì)布局（實(shí)現(xiàn)更高的DUT數(shù)量和吞吐量），并延長運(yùn)行時(shí)間（提高可靠性）。

ADGM1001是ADI MEMS開關(guān)系列的新產(chǎn)品，可滿足高速SoC測試需求。ADI的MEMS開關(guān)技術(shù)擁有可靠的發(fā)展路線，支持DC至高頻的開關(guān)功能，適合面向未來的技術(shù)需要。 

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關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc.(NASDAQ: ADI)在現(xiàn)代數(shù)字經(jīng)濟(jì)的中心發(fā)揮重要作用，憑借其種類豐富的模擬與混合信號、電源管理、RF、數(shù)字與傳感技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成有行動(dòng)意義的洞察。ADI服務(wù)于全球12.5萬家客戶，在工業(yè)、通信、汽車與消費(fèi)市場提供超過7.5萬種產(chǎn)品。ADI公司總部位于馬薩諸塞州威明頓市。

關(guān)于作者

Richard Houlihan投身電子行業(yè)25年，擔(dān)任過設(shè)計(jì)、產(chǎn)品線管理、營銷到業(yè)務(wù)部主管職位。他現(xiàn)在負(fù)責(zé)ADI公司先進(jìn)的開關(guān)和多路復(fù)用器產(chǎn)品線的營銷和業(yè)務(wù)開發(fā)。Richard利用自身在模擬前端結(jié)構(gòu)方面的背景和廣闊的市場渠道經(jīng)驗(yàn)，負(fù)責(zé)督導(dǎo)戰(zhàn)略創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)。他擁有都柏林三一學(xué)院的電氣工程學(xué)士學(xué)位和波士頓東北大學(xué)的工商管理碩士學(xué)位。 

Naveen Dhull于2011年獲得愛爾蘭沃特福德理工學(xué)院的電子工程學(xué)士學(xué)位。他于2011年加入ADI公司，擔(dān)任IC布局工程師，隨后于2016年調(diào)入開關(guān)和多路復(fù)用器應(yīng)用團(tuán)隊(duì)。自2016年以來，他一直擔(dān)任產(chǎn)品應(yīng)用工程師，專注于使用CMOS和MEMS開關(guān)技術(shù)的RF開關(guān)。 

Padraig Fitzgerald 2002年畢業(yè)于愛爾蘭利默里克大學(xué)，獲得電子工程學(xué)士學(xué)位。同年，他加入ADI公司愛爾蘭利默里克分公司，擔(dān)任固態(tài)開關(guān)評估工程師，2007年轉(zhuǎn)向開關(guān)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。Padraig完成了科克理工學(xué)院關(guān)于MEMS開關(guān)可靠性的研究碩士課程。他還擁有倫敦大學(xué)的金融和經(jīng)濟(jì)學(xué)碩士學(xué)位。他目前是精密開關(guān)部的首席設(shè)計(jì)工程師兼MEMS開關(guān)產(chǎn)品和器件設(shè)計(jì)人員。