【導讀】先進的數(shù)字處理器IC要求通過單獨的DC參數(shù)和高速數(shù)字自動測試設備(ATE)測試,以達到質保要求。這帶來了很大的成本和組織管理挑戰(zhàn)。本文介紹 ADGM1001 SPDT MEMS開關如何助力一次性通過單插入測試,以幫助進行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.操作員將負載板安裝到測試儀上,以測試數(shù)字SoC。
ATE挑戰(zhàn)
半導體市場在不斷發(fā)展,為5G調制解調器IC、圖像處理IC和中央處理IC等先進的處理器提供速度更快、密度更高的芯片間通信。在這種復雜性不斷提高、需要更高吞吐量的形勢下,保證質量成為如今的ATE設計人員面臨的終極挑戰(zhàn)。一個關鍵方面是:發(fā)射器(Tx)/接收器(Rx)通道數(shù)量不斷增加,需要進行高速數(shù)字和DC參數(shù)測試。這些挑戰(zhàn)導致半導體測試越來越復雜,如果不加以解決,會導致測試時間更長、負載板更復雜和測試吞吐量下降。而在現(xiàn)代ATE環(huán)境中,這會導致運營費用(OPEX)增加,產(chǎn)出降低。
要解決這些ATE挑戰(zhàn),需要使用能在DC頻率和高頻率下運行的開關。ADGM1001能傳輸真正的0 Hz DC信號,以及高達64 Gbps的高速信號。這讓我們得以構建高效的單個測試平臺(一次插入),可配置為測試DC參數(shù)標準和高速數(shù)字通信標準,例如PCIe Gen 4/5/6、PAM4和USB 4。
圖2.ADGM1001眼圖,32 Gbps(RF1至RFC,包含參考波形,使用的偽隨機測試碼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)。驗證HSIO接口的一種常見方法是采用高速環(huán)回測試結構。這會將高速測試路徑和DC測試路徑集成在同一個配置中。
要執(zhí)行高速環(huán)回測試,通常從發(fā)射器高速發(fā)射一個偽隨機位序列(PRBS),在負載板或測試板上環(huán)回之后由接收器接收,如圖3(左側)所示。在接收端,對序列進行分析,以計算誤碼率(BER)。
DC參數(shù)測試(例如連續(xù)性和泄漏測試)在I/O引腳上進行,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開關或繼電器,或使用兩種不同類型的負載板,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,因為大多數(shù)繼電器的工作頻率不超過8 GHz,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注,它們通常只能支持1000萬個開關周期,這限制了系統(tǒng)的正常運行時間和負載板的壽命。
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,左側顯示高速數(shù)字環(huán)回測試設置,其中DUT的發(fā)射器通過耦合電容接至接收器。圖3右側顯示DC參數(shù)測試設置,其中DUT引腳直接連接至ATE測試儀進行參數(shù)測試。到目前為止,受組件限制,還無法在同一個負載板上同時提供高速環(huán)回功能和DC測試功能。
圖3.兩種插入測試方法的示意圖。
與兩次插入測試相關的挑戰(zhàn)
● 管理兩套硬件:用戶必須維護和管理進行DC和環(huán)回測試所需的兩套負載板。這使成本大幅增加,尤其是在測試大量器件時。
● 延長測試時間,增加測試成本:兩次插入測試意味著每個DUT必須測試兩次,因此每次測試的索引時間將增加一倍,最終會增加測試成本,并顯著影響測試吞吐量。
● 測試時間優(yōu)化:使用兩套硬件時,測試時間無法優(yōu)化。如果一個器件導致第二次插入失敗,成本會進一步增加。第一次插入則會浪費測試儀時間。
● 更易出現(xiàn)操作錯誤:由于每個DUT都要測試兩次,出現(xiàn)操作錯誤的幾率也會翻倍。
● 解決方案設置× 2: 兩種測試插入方法涉及兩組硬件,使得硬件設置時間翻倍。
● 組織管理成本:兩次插入測試,意味著需要移動更多組件。需要在兩個測試儀之間,甚至兩個測試室之間移動組件,帶來了規(guī)劃和組織管理挑戰(zhàn)。
ADI公司的DC至34 GHz開關技術如何利用出色密度解決兩次插入問題
ADI公司的34 GHz MEMS開關技術采用小巧的5 mm × 4 mm × 0.9 mm 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,路由傳輸回到接收器,在解碼之后,進行BER分析。要執(zhí)行DC參數(shù)測試,該開關將引腳連接到DC ATE測試儀進行參數(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開關還提供與ATE進行高頻通信的選項,可以滿足某些應用的需求。
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開關進行比較。使用MEMS開關時,解決方案的尺寸比使用繼電器時縮減近50%,這是因為ADGM1001采用5 × 4 × 0.9 mm LGA封裝,比典型的繼電器小20倍。PCIe Gen 4/5、PAM4、USB 4和SerDes等高頻標準驅動多個發(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)展的高頻標準的要求,MEMS開關在負載板設計中提供致密和增強功能,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。它們利用增強致密來支持更高的頻率標準,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8 GHz,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開關在DC至34 GHz頻率范圍內(nèi)提供出色的性能。該技術具有超低寄生效應和寬帶寬,開關對高達64 Gbps信號的影響很小,并且通道偏斜、抖動和傳播延遲都比較低,可實現(xiàn)高保真數(shù)據(jù)傳輸。它在34 GHz時提供1.5 dB的低插入損耗和3 ?低RON。它提供69 dBm的良好線性度,可以處理高達33 dBm的RF功率。它采用5 mm × 4 mm × 0.95 mm小型塑料SMD封裝,提供3.3 V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應用,支持通過單次測試插入實現(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:5 mm × 4 mm × 0.9 mm 24引腳LGA封裝。
ADGM1001易于使用,為引腳23提供3.3 V VDD即可運行。但是,VDD可以使用3.0 V至3.6 V電壓。開關可以通過邏輯控制接口(引腳1至引腳4)或通過SPI接口進行控制。實現(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實現(xiàn)單次插入測試的優(yōu)勢
● 出色的高速和DC性能: 實現(xiàn)從DC到34 GHz的寬帶寬是當今行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。ADGM1001的插入損耗、線性度、RF功率處理和RON等關鍵參數(shù)在DC到34 GHz范圍內(nèi)都具有出色的性能。
● 降低運營費用:
○ 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備,可以大幅降低運營費用。
○ 測試儀的運行時間:與繼電器相比,ADGM1001支持1億個循環(huán)周期,提供出色的可靠性,可延長測試儀的運行時間,最終降低運營費用。
● 提高測試吞吐量:ADGM1001允許使用單次插入測試,將索引時間減少一半,這會大幅縮短測試時間,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功能。MEMS開關技術提供可靠的路線圖,適用于DC至高頻運行開關,且與不斷發(fā)展的技術完全保持一致。
● 降低組織管理成本:使用單次插入方法時,需要移動的組件數(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: 使用單次插入測試方法時,DUT只需一次插入進行測試,減少了組件移動,最終可降低發(fā)生操作錯誤的幾率。
結論
ADGM1001正在推動DC至34 GHz開關技術的發(fā)展,使得組合使用高速數(shù)字和DC參數(shù)解決方案進行SoC測試成為可能。它有助于縮短測試時間,改善電路板設計布局(實現(xiàn)更高的DUT數(shù)量和吞吐量),并延長運行時間(提高可靠性)。
ADGM1001是ADI MEMS開關系列的新產(chǎn)品,繼續(xù)推動滿足高速SoC測試需求。ADI公司的MEMS開關技術擁有可靠的發(fā)展路線,支持DC至高頻的開關功能,以滿足未來的技術需求。請大家持續(xù)關注ADI MEMS開關技術的未來更新。
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