測試應用快速擴大陣列持續推動(dòng)源測量單元儀器技術(shù)

吉時(shí)利型號2651A高功率源表儀器包含一個(gè)積分ADC和18位高速數字化ADC，具有每秒讀出高達百萬(wàn)個(gè)讀數的能力。使用此高速ADC，2651A具有市面上所有SMU中最高的讀出速率，同時(shí)仍保持高的測量分辨率。

圖3：型號2651A的18位高速數字化ADC捕獲300微秒50A的脈沖

圖3解釋了型號2651A高數字化ADC的能力。此ADC使用400個(gè)采樣和一微秒的時(shí)間間隔，使得它可以完整捕獲全部300微秒50A的脈沖。有了這樣的功能，型號2651A不需要額外的測試設備，也可以準確地捕捉設備的瞬態(tài)及熱效應。

多通道的可擴展性

無(wú)論單個(gè)SMU可能的速度有多快，當集成到系統中性能降低的話(huà)，它的優(yōu)點(diǎn)也被浪費。部件SMU本質(zhì)上較少受這個(gè)問(wèn)題的影響，這要歸功于他們的高速及通過(guò)PCI或PCIe背板(133MB / S的PCI 250MB / S的PCIe x1)連接到主機系統的低延遲。相反地，基于儀器的SMU是通過(guò)外部總線(xiàn)如GPIB和主機系統進(jìn)行通信，GPIB的速度只是背板速度(1.8MB / s標準)的一小部分。吉時(shí)利的工程師在設計2600A系列源表儀器時(shí)意識到了這點(diǎn)，并通過(guò)使用測試腳本處理器(TSP®)使其脫離主機系統自主運作，并通過(guò)稱(chēng)為T(mén)PS-Link®的技術(shù)的高速、低延遲總線(xiàn)進(jìn)行相互通信和同步。

傳統的基于儀器源測量單元(SMU)要求每次從主機的一條總線(xiàn)傳送一個(gè)命令，因為所有儀表共用一條總線(xiàn)，每次只能供一個(gè)儀表使用和通信。由于總線(xiàn)速度緩慢，大部分時(shí)間用于在總線(xiàn)和儀表之間發(fā)送指令和數據，而其他儀表經(jīng)常閑置。TSP技術(shù)允許儀器自主運行主機系統的測試腳本，幾乎省去了傳輸指令的時(shí)間。一旦腳本裝入基于TSP的源測量?jì)x表，就可以執行整個(gè)測試序列，主機只需要傳送一個(gè)命令：指示儀器運行腳本。

圖4：TSP-Link網(wǎng)絡(luò )實(shí)例，含3個(gè)源數據儀表

TSP-Link省去了連接多個(gè)源數據儀表的需求，只需一條帶寬有限的GPIB總線(xiàn)就可以滿(mǎn)足需求。有了TSP-Link技術(shù)，只需將一個(gè)源數據儀表與GPIB總線(xiàn)相連，其他源數據儀表則與“菊花鏈”配置(通過(guò)便宜的CAT5e交叉線(xiàn)連接)相連。首先，通過(guò)TSP-Link技術(shù)將其他源數據儀表連接，這些儀表的源測量單元(SMU)以第一個(gè)源數據儀表的額外源測量單元(SMU)通道形式出現，通過(guò)在第一個(gè)源數據儀表上運行腳本就可以快速訪(fǎng)問(wèn)。

與組件源測量單元(SMU)不同，利用TSP-Link技術(shù)實(shí)現的通道擴展不限于主機的少數插槽。TSP-Link技術(shù)的無(wú)主機擴展最多允許連接32個(gè)儀表，有可能創(chuàng )建一個(gè)包含64個(gè)源測量單元(SMU)通道的系統。此外，由于源測量單元(SMU)是基于儀表的，可用電源數量不限于底板提供的電源。即使在基于大功率組件源測量單元(SMU)系統中，某些型號也只能提供最大84W的電源。通過(guò)接口TSP-Link可以連接32個(gè)2651A型大功率源數據儀表，這樣創(chuàng )建的系統就可以提供6.4kW直流電源。

TSP-Link技術(shù)提供了一流的系統擴展方法，不需要昂貴的GPIB適配器和線(xiàn)纜，而且通過(guò)大量減少儀表與主機之間通信數量，可以提高系統吞吐量。不過(guò)，TSP-Link技術(shù)的真實(shí)功率在于其同步運行多個(gè)測試提高吞吐量的能力。除了源測量單元(SMU)，無(wú)論它們是在底板上基于組件的SMU還是在GPIB總線(xiàn)上基于儀表的SMU，訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)是受限的，主機每次必須向每個(gè)SMU發(fā)送命令。為系統增添更多的SMU意味著(zhù)增加主機必須處理的器件數量，主機必須向其發(fā)送命令。由于在這些系統中，每次只能向一個(gè)SMU發(fā)送命令，因此所有測試都必須按順序進(jìn)行。

再通過(guò)TSP-Link接口連接的系統中，可以對網(wǎng)絡(luò )中的儀表進(jìn)行分組，每組擁有自己的測試腳本處理器，能夠與系統中的任何其他組并行運行腳本。分組中可以包括單一源數據表或多個(gè)源數據表，而且通?？梢愿鶕y試器件所需的SMU通道數量進(jìn)行分組。例如，如果正在測試的器件是一個(gè)四端口(柵極、漏極、源極、基極)MOSFET，對晶圓進(jìn)行測試，而且每個(gè)管腳需要一個(gè)SMU，那么可以將其分組為兩個(gè)雙通道源數據表，如2636A型雙通道系統源數據表。一旦確定分組而且為每組指定運行的腳本，主機就可以通過(guò)一個(gè)命令指示所有組開(kāi)始并行運行。由于在內存中已經(jīng)存儲每組的腳本，主機只需再次發(fā)送命令就可以進(jìn)行反復測試。

以晶片上的4端口MOSFET為例，假設一個(gè)TSP-Link網(wǎng)絡(luò )包括一個(gè)組以及一個(gè)完整的測試序列，步驟如下：

主機發(fā)送開(kāi)始執行的命令。

腳本運行并對器件進(jìn)行一系列完整的測試。

數據反饋至主機，同時(shí)探測臺將探針移至下一個(gè)測試點(diǎn)。

如果整個(gè)序列需要1秒鐘完成，那么照此速度，每分鐘就可以測試60個(gè)點(diǎn)位。如果為T(mén)SP-Link網(wǎng)絡(luò )添加另外一組，測試仍然只需1秒鐘完成。不過(guò)，增加第二組后，有可能對兩個(gè)器件并行測試，因此吞吐量將翻倍，即每分鐘測試120個(gè)點(diǎn)位。利用TSP-Link技術(shù)，只需為網(wǎng)絡(luò )添加分組，就可以提高系統吞吐量。

支持最大性能的I/O連接器

吉時(shí)利工程師為源數據表選擇了輸入/輸出連接器，旨在為目標應用提供最大性能。對于中級信號范圍，banana連接非常適合傳輸信號并提供最大的易用性，這也是2400 系列源數據表提供這種連接的原因。不過(guò)，對于那些電流很大或很小的應用H，banana連接則不能支持所需的性能等級，因襲必須使用其他連接器。

對于像2651A型大功率源數據表這樣的大電流源數據表，其直流電流高達20A，脈沖電流高達50A。

常見(jiàn)的banana連接器的額定電流是15A，接觸電阻高達10 mΩ。在50A電流時(shí)，僅這個(gè)接觸電阻就將帶來(lái)0.5V的壓降。吉時(shí)利選擇使用性能更優(yōu)的菲尼克斯連接器，其額定電流高達76A DC。這種連接器的電流容量額定值不僅足以滿(mǎn)足2651A型儀表需求，而且其接觸電阻非常低，不會(huì )在測試引線(xiàn)產(chǎn)生過(guò)大的壓降，從而實(shí)現了性能最大化，減緩上升和穩定時(shí)間。菲尼克斯連接器的額定接觸電阻僅為0.3 mΩ，在50A電流時(shí)的壓降僅為15mV。為了便于器件連接，連接器與螺旋式接線(xiàn)柱已進(jìn)行匹配，提高了易用性。