主动测试设施利用中PhotoMOS开关的替换方案

简介本文援用地点：人工智能(AI)利用对高机能内存，尤其是高带宽内存(HBM)的需要一直增加，芯片计划因而变得愈加庞杂。主动测试装备(ATE)厂商是验证这些芯片的要害一环，现在正面对着越来越年夜的压力，须要一直晋升本身才能以满意这一需要。传统上，在存储器晶圆探针电源利用中，PhotoMOS开关因其精良的低电容乘电阻(CxR)特征而失掉采取。低CxR有助于增加旌旗灯号掉真，改良开关关断断绝度，同时实现更快的开关速率跟更低的拔出消耗。除了上述长处外，PhotoMOS开关的关态电压也较高，但也存在一些范围性，重要表现在牢靠性、可扩大性跟导通速率方面。此中，导通速率较慢始终是客户不满的一年夜起因。为了应答这些挑衅，ADI公司开辟出了新型开关来代替存储器晶圆探针电源利用中的PhotoMOS。ADI开关不只导通速率十分快，并且同样具有低CxR特征，能够确保高效切换。别的还存在精良的扩大性，可能改良测试的并行处置才能，使ATE可能处置更年夜范围、速率更快的测试义务。现在AI利用对高效跟高机能内存测试的需要日益增加，为此，ATE公司正踊跃追求更优的处理计划。在这种配景下，ADI开关凭仗一系列杰出特征，成为了PhotoMOS的无力替换计划。利用道理图在ATE设置中，开关表演着十分主要的脚色。开关可能将多个被测器件(DUT)衔接到统一个丈量仪器（比方参数丈量单位PMU），或许将它们从丈量仪器上断开，以便履行测试流程。详细来说，开关使得PMU可能高效地向差别DUT施加特定电压，并检测这些DUT反应的电流。开关可能简化测试流程，在须要同时或顺次测试多个DUT的情形下，这种感化愈加凸起。经由过程应用开关，咱们能够将PMU的电压调配到多个DUT，并检测其电流，这不只进步了测试效力，还年夜幅增加了每次测试之间从新设置测试安装的费事。图1 PMU开关利用图2 PhotoMOS跟CMOS开关架构 图1展现了怎样应用开关轻松构建矩阵设置，使得一个PMU就能评价多个DUT。这种设置增加了对多个PMU的需要，并简化了布线，从而明显进步了ATE体系的机动性跟可扩大性，对大量量或多器件的测试情况至关主要。开关架构为便于懂得评价研讨（即应用开辟的硬件评价板对PhotoMOS开关跟CMOS开关停止比拟）以及研讨得出的成果，这里比拟了PhotoMOS开关跟CMOS开关的尺度。从二者的开关架构开端比拟更易于看出差异。CMOS开关跟PhotoMOS开关的架构差别，图2表现了开关断开时的关断电容(COFF)。该寄生电容位于输入源极引脚跟输出引脚之间。对PhotoMOS开关，COFF位于漏极输出引脚之间。别的，PhotoMOS开关存在输入到输出电容（也称为漏极电容），同时在其用于导通跟关断输出MOSFET的发光二极管(LED)级也存在输入电容。对CMOS开关，COFF位于源极跟漏极引脚之间。除了COFF之外，CMOS开关另有漏极对地电容(CD)跟源极对地电容(CS)。这些对地电容也是客户在应用CMOS开关时常常埋怨的成绩。当任一开关使能时，输入旌旗灯号便可传输至输出端，此时源极跟漏极引脚之间存在导通电阻(RON)。经由过程懂得这些架构细节，咱们能够更轻松地剖析评价研讨中的电容、RON跟开关行动等机能指标，确保为特定利用抉择准确的开关范例。开关规格跟附加值为了更好地对开关停止定性跟定量评价，应当考核其在体系计划利用中带来的附加值。如上所述，对图1所示利用，ADG1412是幻想抉择，能够轻松替换PhotoMOS开关。这款CMOS开关是四通道单刀单掷(SPST)器件，领有杰出的特征，包含高功率处置才能、疾速呼应时光、低导通电阻跟低泄电流等。计划职员能够经由过程比拟表1列出的主要指标，评价CMOS开关机能并打分，从而量化其绝对于其余替换计划的上风。这有助于更深刻地懂得器件的旌旗灯号切换效力，对庞杂或敏感的电子体系十分有辅助。表1 开关规格评价尺度PhotoMOS   1-Form-A (1)ADG1412   （四通道SPST）附加值记分卡泄电流1   nA30   pA十分合适泄电流测试；输出端电压偏差奉献更小CMOS开关更好COFF0.45   pF1.6   pF波形掉真更小，断绝度更高PhotoMOS   开关更好RON12   Ω1.5   Ω输出端旌旗灯号压降较低，拔出消耗更低CMOS开关更好(CxR)乘积5.4   pF. Ω2.4   pF.Ω*波形掉真更小、断绝度更高、旌旗灯号丧失较低PhotoMOS开关稍逊一筹由于其漏极电容较低漏极电[CD(OFF)]1   pF23   pF值越高，CxR机能越差，招致输入旌旗灯号掉真，关断断绝度下降PhotoMOS   开关更好导通速率200   μs100   ns切换才能较快CMOS开关更好电压、电流才能(32   V、120 mA)(32   V、250 mA)可能将更多输出驱动电传播输到负载CMOS开关更好本钱/通道高低有助于进步通道密度，本钱最多下降50%CMOS开关更好封装面积3.55   mm2每个开关4.00mm2规划后开关面积十分濒临十分濒临*CD(OFF)会影响CxR乘积机能关断断绝：开关断开时的电容两种开关的关断断绝曲线（图3）标明，输入旌旗灯号遭到高度克制（100 kHz时为-80 dB），未达到输出端。跟着频率进步，PhotoMOS的机能开端略高一筹，二者相差-10 dB。对图1所示的开关利用（直流(DC)切换），开关电容并不主要，主要的开关参数是低泄电流、高导通速率跟低拔出消耗。图3 关断断绝曲线拔出消耗：开关导通电阻低RON的开关至关主要。I*R电压降会限度体系机能。各器件之间以及温度变更惹起的RON稳定越小，丈量偏差就越小。图4中的拔出消耗曲线表现，在100 kHz频率下，PhotoMOS开关的拔出消耗为-0.8 dB，而CMOS开关的拔出消耗仅为-0.3 dB。这进一步证明了CMOS开关存在较低的RON (1.5 Ω)。图4 拔出消耗曲线图5 开关导通时光开关导通时光当驱动使能/逻辑电压施加就任一开打开，使其闭兼并将输入旌旗灯号通报到输出端时，假如应用的是PhotoMOS开关，则会存在显明的耽误（如图5所示）。这种较慢的导通速率因为LED输入级的输入电容，以及外部电路将电流转换为驱动MOSFET栅极所需电压的进程中发生的耽误形成的。导通速率慢始终是客户不满的重要起因，并且会影响体系团体利用的速率跟机能。比拟之下，CMOS开关的导通速率(100 ns)是PhotoMOS开关(200,000 ns)的2000倍(×2000)，更能满意体系利用所需。计划迁徙：PhotoMOS调换为ADG1412开关假如体系中应用的是PhotoMOS开关，而且碰到了丈量精度不高、导通速率慢招致体系资本占用过多，以及难以进步通道密度等成绩，那么进级到采取CMOS开关的计划将使开辟变得十分简略。图6表现了PhotoMOS开关与CMOS开关的衔接点对应关联。因而，体系计划能够应用CMOS开关，以更低的本钱实现更高的通道密度。图6 开干系接点ADI开关可进步通道密度表2列出了一些可能进步通道密度的ADI开关示例。这些开关存在与ADG1412相似的机能上风，导通电阻更低（低至0.5 Ω），并且本钱比PhotoMOS开关还低。这些开关供给串行外设接口(SPI)跟并行接口，便利与把持处置器衔接。表2 可能进步通道密度的ADI开关示例产物RON   (Ω)开关设置1ku标价/通道 ($)ADG24120.5四通道SPST十分有竞争力ADG64120.5四通道SPST十分有竞争力ADGS2414D0.56SPI：八通道SPST十分有竞争力论断本文侧重阐明了CMOS开关的潜力。在ATE利用中，ADG1412能够很好地代替PhotoMOS开关。比拟标明，CMOS开关的机能到达乃至超越了预期，尤其是在对开关电容或漏极电容请求不高的场所。别的，CMOS开关还领有明显的上风，比方更高的通道密度跟更低的本钱。ADI公司的CMOS开关产物系列十分丰盛，不只供给导通电阻更低的型号，还支撑并行跟SPI两种把持接口，从而愈加无力地支撑了在ATE体系中应用CMOS开关的计划。作者简介Edwin Omoruyi是ADI爱尔兰公司仪器仪表奇迹部的高等产物利用工程师。2007年，他结业于利默里克理工学院，取得电子体系工程学士声誉学位。2010年，他结业于利默里克年夜学，取得超年夜范围集成电路(VLSI)硕士声誉学位。2010年至2018年，Edwin担负ADI公司汽车跟座舱电子奇迹部的利用工程师，之后于2023年，他再次参加ADI公司。除了在ADI公司的任务阅历之外，他还曾在汽车跟制作行业担负体系架构师，担任AD/ADAS传感到用开辟。