以更好的儀器協(xié)調(diào)提高測試處理能力

Andy Armutat，美國吉時利儀器公司


　　如今的源測量單元（Source Measure Unit）的嵌入式智能和可編程性可以極大的提高測試處理能力。


　　對于所有電子元件來說，測試速度都非常重要，尤其對于低價的兩端或三端器件，如二極管和晶體管測試速度更是至關(guān)重要。例如，大多數(shù)類型的二極管在最終的檢測中都要測試至少三個基本直流參數(shù)：正向電壓（VF）、擊穿電壓（VR）和漏泄電流（IR）。這些測試必須要求快速精確。


　　大多數(shù)時候這些測試同時需要幾種儀器，如DMM（數(shù)字多用表）、電壓源以及電流源。同時使用多個儀器的系統(tǒng)比擁有這些功能的一臺儀器占用更多的空間。使用三臺不同的儀器還意味著需要學(xué)習(xí)三套命令，這使得系統(tǒng)編程和維護(hù)更加復(fù)雜。同時它還會使觸發(fā)記時等變得更加復(fù)雜，而且增加觸發(fā)的不確定性，以及需要占用大量寶貴的總線資源，最終影響測試處理能力。


　　要想解決這類問題，第一種方法是在同一臺儀器上結(jié)合幾種功能。一個源測量單元（SMU）可以在一臺儀器上結(jié)合精確電壓源、精確電流源、伏特計以及安培計，它不僅節(jié)省了空間還簡化了集成過程。第二種方法是降低儀器和控制計算機之間的通訊延遲。


　　以往通過使用 GPIB（IEEE-488）命令來控制測試的做法有兩個缺點。首先，GPIB需要占用相當(dāng)?shù)耐ㄓ嵸Y源。其次，在線路的另一端通常會有一臺運行Windows操作系統(tǒng)的電腦。由于Windows系統(tǒng)計時的無法預(yù)測性，這使得它不適于對多個儀器進(jìn)行緊密的同步操作。


　　一種好的解決方案是讓儀器獨立運行。如今的許多儀器都具有記憶列表編程功能，并且無需電腦干涉就可以自行完成全部的測試程序。其中每次測試包括一個源配置、測量、條件轉(zhuǎn)移判斷、數(shù)學(xué)計算功能、以及通過/失敗判斷測試性能等。于是GPIB的作用就變成在測試之前下載測試程序并在測試之后將結(jié)果上傳至電腦，且不干擾實際的測試過程。


　　儀器觸發(fā)


　　圖1表明當(dāng)今的儀器是如何操作觸發(fā)器的（在這里是一臺SMU）。在一個source-delay-measure（SDM）周期中，電源被打開，編程延遲，然后進(jìn)行測量。用戶可以選擇觸發(fā)開始，或者儀器會一個接一個自動輸出觸發(fā)。




圖1：SMU觸發(fā)器輸入/輸出配置


　　示例：二極管測試


　　我們的第一個示例涉及到一種測試儀器、一個器件分揀設(shè)備以及一臺電腦。開始檢測前，二極管的極性不明確，但是分揀設(shè)備在需要的時候可以對其進(jìn)行翻轉(zhuǎn)（圖2）。測試步驟為：




圖2：使用元件處理器的二極管測試安裝


　　1. 操作者"告訴"電腦有一批二極管準(zhǔn)備進(jìn)行測試。


　　2. 電腦對測試進(jìn)行預(yù)配置，通過SMU正負(fù)極GPIB命令將加在每一個二極管的兩端。


　　3. SMU等待處理器發(fā)出測試開始的觸發(fā)信號。


　　4. 當(dāng)?shù)谝粋�二極管就位，處理器將"測試開始"觸發(fā)信號發(fā)送至SMU，表示第一個二極管已經(jīng)準(zhǔn)備進(jìn)行測試。


　　5. SMU執(zhí)行極性測試。如果二極管是正向極性，SMU繼續(xù)功能測試（見步驟6）。如果極性顛倒，處理器將收到信號、將器件翻轉(zhuǎn)并重復(fù)步驟4。


　　6. 一旦二極管為正向極性，SMU即按照其本身保存的測試次序運行二極管功能測試、決定通過/失敗、并保存每一個測試的數(shù)據(jù)。


　　7. SMU發(fā)送通過/失敗信號以及測試結(jié)束信號至分揀設(shè)備，并同時通過GPIB將測試數(shù)據(jù)發(fā)送至電腦。


　　8. 重復(fù)步驟3-7測試其它二極管。


　　9. SMU回到待命狀態(tài)。操作員在處理器中安裝新一批的二極管。


　　10. 按照需要重復(fù)步驟1-9。


　　注：GPIB通訊只在實際測試之前和之后進(jìn)行。


　　使用多臺SMU


　　如圖3所示，利用內(nèi)置的光電探測器（PD）測試LED則需要涉及到多臺儀器。SMU #1提供電流以點亮LED。SMU #2為PD提供負(fù)偏壓，并測量造成的漏電流。LED發(fā)出的光亮使漏電流增大，對電流的測量表明了LED的發(fā)光性能。要描繪出電壓電流的對應(yīng)關(guān)系，LED上的電壓以及PD上的電流必須在同時進(jìn)行測量。測量處理能力是至關(guān)重要的，因此電源值的反應(yīng)時間通常要控制得盡可能短。圖4表明了兩臺儀器如何相互觸發(fā)。相似的方法也可以用于多于兩臺儀器的測試安裝。




圖3：基本LED/PD系統(tǒng)配置




圖4：SDM觸發(fā)以同步兩臺SMU


　　使用外部觸發(fā)控制器


　　測試其它的器件，如晶體管、DC-DC轉(zhuǎn)換器、LDO穩(wěn)壓器或LED/光電探測器系統(tǒng)通常需要多臺儀器，而且這些儀器必須進(jìn)行同步觸發(fā)以保證所有的測量都是在已知條件下進(jìn)行的。允許儀器進(jìn)行相互觸發(fā)并不是解決的方法，因為它們本身讀取內(nèi)存的過程和自動調(diào)整量程的過程都需要或多或少一些額外的時間（見表1）。





　　在這種情況下，或者當(dāng)測試系統(tǒng)所需要的觸發(fā)步驟過于繁瑣和復(fù)雜的時候，我們可以使用外部專用觸發(fā)控制器。它可以按照設(shè)計的程序發(fā)出和等待觸發(fā)。當(dāng)測試系統(tǒng)是使用來自不同制造商的器件或同一制造商的采用不同觸發(fā)方式的產(chǎn)品構(gòu)建的時候，外部觸發(fā)控制器的作用極大。




圖5：觸發(fā)器同步效果


　　過程如下（圖5）：


　　1. 觸發(fā)控制器向所有儀器發(fā)出觸發(fā)信號。


　　2. 激活所有儀器上的電源輸出。


　　3. 每一臺儀器都按照用戶定義進(jìn)行延遲。


　　4. 延遲操作完成后，每一臺儀器向控制器輸出觸發(fā)。


　　5. 觸發(fā)控制器等待每一臺儀器發(fā)出一個觸發(fā)輸出（延遲輸出）。


　　6. 每一臺儀器接收到觸發(fā)控制器輸出的觸發(fā)信號（測量輸入）。


　　8. 每一臺儀器開始測量操作。


　　7. 測量完成后，每一臺儀器向控制器輸出觸發(fā)。


　　8. 觸發(fā)控制器等待每一臺儀器發(fā)出一個觸發(fā)輸出（測量輸出）。


　　9. 回到步驟1，再次開始測試。


　　結(jié)論


　　測試處理能力可能對半導(dǎo)體器件制造商的盈利性產(chǎn)生極大的影響，合理使用如今的多功能儀器的可編程性有助于降低測試成本并提高測試處理能力。


　　
摘自《END技術(shù)》