本應用筆記通過描述引腳電子（PE）器件的主要模塊和不同的測試器架構，為理解和設計具有復雜功能的ATE測試儀提供了解決方案。

介紹

自動測試設備 （ATE） 是一種測試設備，旨在一次在一個或多個設備上執行單個測試或一系列測試。不同類型的ATE測試儀包括電子、硬件和半導體器件的測試，這些測試由Maxim的ATE高度集成引腳電子（PE）器件產品組合提供支持。這些 PE 器件能夠以精確的電壓和電流提供信號和電源。它還可以測量被測器件 （DUT） 的電氣特性。本應用筆記描述了復雜PE器件的主要模塊，并描述了不同的測試器架構，從而簡化了ATE測試儀的設計。

PE 器件的主要模塊包括驅動器、比較器、負載、參數測量單元 （PMU） 和器件電源 （DPS）。定時器件、數模轉換器（DAC）、模數轉換器（ADC）、多路復用器、繼電器和開關是測試儀中上述主要模塊的支持模塊。Maxim廣泛的產品組合支持主要的PE模塊和支撐模塊。以下部分詳細介紹了 PE 設備的主要模塊。

驅動器 + 比較器 + 負載 （DCL）

DCL驅動的信號通過結合可配置的負載條件，在各種電壓電平和頻率上檢查DUT功能。傳統上，設備的交流特性是用測試儀的DCL模塊測試的。

圖1.使用 DCL 的測試儀框圖。

測試儀速度和功耗是ATE產品的關鍵參數。Maxim的PE驅動器可以在不影響信號保真度的情況下高速工作，即使在較高頻率下也能提供低功耗。這是通過在先進的BiCMOS半導體制造工藝中實現PE設計來實現的。例如，MAX9979具有高速驅動器，支持1V時1.1Gbps的數據速率P-P具有1.2W/通道的低功耗。

司機

驅動器負責在不同電壓電平下切換設備。任何器件中的電壓電平都可以編程或通過模擬輸入進行設置。具有集成電平設置DAC的PE IC支持通過串行接口對不同的電壓電平進行編程。不帶集成DAC的PE IC通過模擬輸入設置電壓電平。除驅動器模塊外，還使用外部DAC、FPGA和電源來配置和提供模擬輸入。峰峰值輸出電壓決定了PE驅動器工作的最大數據速率。該器件的最大數據速率由特定輸出電壓擺幅下的上升/下降時間計算得出。

三電平和四電平驅動器在當今的PE市場中占主導地位。四電平驅動器可以驅動非常高的電壓（通常為 V呵呵~13V）以及三電平驅動器支持的電壓電平。三電平驅動器可以在驅動高壓（V衛生署）、驅動低電壓 （V目錄）和終止電壓 （VDT），分別是模擬輸入或內部 DHV、DLV 和 DTV 電平設置 DAC 的電壓電平。所有內部DAC均可通過SPI接口進行配置。

驅動器的作用類似于三個或四個不同電壓電平之間的多路復用器開關。多路復用器開關由高速差分輸入 DATA/NDATA 和 RCV/NRCV、單端輸入 ENVHHP 以及模式控制位 TMSEL 和 ENVHHS 控制。有關控制字位和數字輸入，請參閱數據手冊，以接通驅動器，然后在電壓電平（DHV、DLV、DTV 和 V呵呵—詳見表 1。

如圖2所示，驅動器的其他特性包括電纜下垂補償、壓擺率控制、驅動器電壓鉗位和可調輸出阻抗。通常，驅動器的輸出阻抗為50°C，但Maxim的ATE產品組合中的某些器件支持可調驅動器輸出阻抗。在具有可調阻抗功能的驅動器中，驅動器的固定阻抗為48？和 ±2.5 的可編程阻抗？（分辨率為360m？），可通過串行接口位進行調整。這有助于克服從測試儀到DUT使用的同軸電纜的公差。壓擺率電路用于調節驅動器輸出電壓的上升和下降時間。驅動器緩沖壓擺率可通過串行接口進行控制。

圖2.顯示驅動程序附加功能的驅動程序框圖。

驅動器電纜壓降補償

使用有損互連器件工作會降低 DUT 的輸出波形，因為傳輸線路中的頻率相關壓降，從而導致信號高度降級或無法使用。電壓下降可以通過電纜下降補償電路進行補償。Maxim的PE驅動器補償電路通過在標稱輸出波形中增加雙時間常數衰減波形來抵消這種衰減。圖3顯示了典型驅動器與電纜下垂補償驅動器之間的比較。要了解有關電纜性能問題的更多信息，請參考Maxim的應用筆記4338：電纜損耗解決方案。

圖3.典型驅動器中的電纜下垂補償與Maxim ATE驅動器的比較。

驅動器電壓鉗

當通道配置為高阻抗接收器時，高壓和低壓箝位限制DUT_電壓并抑制反射。箝位電壓可以使用模擬輸入/電平設置DAC（CPHV_和CPLV_）進行設置。僅當驅動器處于高阻抗模式時，才會使能箝位。對于瞬態抑制，將箝位電壓設置為超出最小和最大預期 DUT 輸出電壓范圍的大約 0.7V。然后，過壓保護保持活動狀態，無需負載DUT_。驅動器箝位始終且僅在驅動器高阻抗模式下啟用。

比較儀

高速比較器的一個輸入在內部連接到DUT_節點，另一個輸入連接到CHV或CLV（內部DAC或外部模擬輸入）。比較器的輸出是輸入條件的邏輯結果。高速比較器可以有兩種類型——窗口比較器和差分比較器。

窗口比較器

兩個獨立的比較器構成一個窗口比較器。窗口比較器輸出CH和CL由DAC電壓CHV和CLV控制，如圖4所示。表2顯示了窗口比較器的真值表。從真值表中，一個示例條件是當 DUT 電壓在 CLV 和 CHV 電壓之間的窗口內時 （V中新社< V被測器< VCHV），則CL比較器輸出為高電平，CH輸出為低電平。

圖4.窗口比較器顯示輸出 CH 和 CL。

差分比較器

差分比較器比較兩個DUT之間的電壓電平以及DAC電壓（CHV、CLV），并產生輸出CH和CL。 假設比較器比較DUT0、DUT1和電平設定器CHV和CLV之間的電壓電平，則圖5顯示了比較器的工作，其中V總局是 DUT 接地檢測處的電壓。表3顯示了差分比較器的真值表。

圖5.差分比較器。

負載塊

在測試過程中，設備必須在加載或卸載條件下進行測試。負載模塊有助于功能測試，以及驗證不同負載條件下的電壓和電流水平。可以控制串行接口位以啟用和禁用PE IC中的負載。PE IC中有兩種不同類型的負載，一種是無源負載，另一種是有源負載。

被動負載

具有無源負載的PEC具有兩個或多個阻性負載選項，可通過選擇開關將“換向”電壓（VCOM）或在本例中為端接電平連接到DUT，如圖5所示。每條路徑通過通過串行接口控制的開關單獨連接到 DUT。負載有助于與開漏 DUT 輸出的比較器和上拉進行快速開路/短路測試。

當開關一 （S1） 啟用時，負載一 （L1） 連接到 DUT。使能開關二 （S2） 時，負載二 （L2） 連接到 DUT。當 S1 和 S2 都啟用時，連接到 DUT 的負載將是 L1 和 L2 并聯連接。

圖6.顯示負載選項的被動負載。

有源負載

有源負載，也稱為可編程電流負載，在功能測試期間充當 DUT 的負載。有源負載是線性可編程電流源和灌電流、換向緩沖器和二極管橋，如圖7所示。模擬控制輸入或電平設置DAC設置灌電流/拉電流和換向緩沖器輸出電壓。

源電流和灌電流分別是流出和流入PE的DUT引腳的電流。當換向緩沖器輸出電壓電平小于 DUT 電壓時，電流從 DUT 流向有源負載可編程灌電流（或 VLDL），導致被測器件源出電流。當換向緩沖器輸出電壓電平大于DUT電壓時，電流從有源負載可編程源（或VLDH）流經二極管橋流向DUT器件，導致被測器件吸收電流。VLDH 和 VLDL DAC 電壓分別用于改變源電流和灌電流的量。

圖7.有源負載顯示電流源和灌電流、換向緩沖器和二極管橋。

參數測量單元 （PMU）

PMU 強制并測量進入 DUT 的電流和電壓。理想情況下，PMU 用于測試被測器件的直流特性。測試 系統 架構 由 可 與 一組 PE IC 共享 的 PMU 或 用于 DUT 每 個 引腳 的 PMU 組成， 稱為 每 引腳 PMU （PPMU）。PPMU 架構成倍地縮短了測試時間，因為每個 DUT 引腳都可以同時進行測試。

圖8.使用 PMU 的測試儀框圖。

PMU 具有不同的工作模式，具體取決于 PMU 輸出引腳是強制電流 （FI） 還是電壓 （FV），PMU 測量引腳是測量電壓 （MV） 還是電流 （MI）。每個PMU都有電壓鉗位，以避免在FI模式下產生任何瞬態電壓。它還具有電流鉗位，以避免在FV模式下產生任何瞬態電流。請參考Maxim應用筆記4343，了解PMU的力電壓/測量電壓（FVMV）、力電壓/測量電流（FVMI）、力電流/測量電壓（FIMV）和力電流/測量電流（FIMI）模式。

PMU 交換機與 PMU

PMU 開關提供內部連接到 DUT 節點的力和檢測路徑，允許使用另一個外部 PMU 或直流電源。這些力和檢測路徑通過串行接口進行控制。力路徑通過相對較低的電阻通過外部 PMU 或直流電源將電流/電壓驅動到 DUT。檢測路徑提供來自 DUT 節點的更高電阻（零電流）反饋路徑。

設備電源 （DPS）

測試環境中的DPS提供DUT所需的電源電壓。DPS 可在力電壓 （FV） 和力電流 （FI） 模式下運行。當DPS在FI模式下工作時，可編程電壓鉗位確保電壓在DUT的范圍內。當負載電流在可編程電流限值內時，工作在 FV 模式下的 DPS 充當電壓源。如果達到電流限值，則DPS電壓源轉換為電流源/吸收。

DPS具有類似于典型電源的力和檢測線，以及回讀和測量電壓和電流的能力。考慮一個測量電源電流（I抄送） 通過改變電源電壓 （V抄送).DPS（在FV模式下工作）的力和檢測線連接到器件電源引腳。力線在輸出端提供所需的電壓電平，檢測線監視施加的電壓電平。DPS 內部的補償電路試圖保持恒定的電源電壓，而不管 DPS 和 DUT 之間的電阻如何。電源電流 （I抄送） 通過取決于所選電流范圍的檢測電阻進行測量，從而提供可調電源電壓 （V抄送).PMU和DPS相似，但DPS具有比PMU更高的電流能力。

鉗位和電流限制

DPS 具有電壓控制輸入，允許獨立設置輸出電壓。DPS 輸出具有可調節的箝位，可限制負輸出電壓和正輸出電壓和電流。DPS 的操作模式類似于 PMU 的模式。在FV模式下，輸出電壓與輸入電壓成正比，輸入電壓由內部寄存器設置決定。在FI模式下，輸出電流與輸入電壓成正比，比例常數取決于DPS內部的檢測電阻。

可編程電壓箝位可用于限制FI模式下的輸出電壓。輸出端的 FV 和 FI 模式下提供可編程電流限制。使能、禁用和設置電壓鉗位和電流限值由內部寄存器設置控制。

測試儀架構

測試儀可廣泛分為片上系統 （SoC） 測試儀或內存測試儀。在 SoC 測試儀中，每個引腳都可以在不同的電壓/電流水平下進行測試。在存儲器測試儀中，幾個驅動器用于將數據發送到DUT的存儲器地址，這些地址通常是僅輸入引腳;通常不需要在這些引腳上測試回讀。由于這種單向通信，比較器模塊更常用于SOC測試儀，而不是存儲器測試儀。測試 時間 和 測試 系統 成本 是 設計 測試 系統 架構 時 的 兩個 重要 考慮因素。圖 9、10 和 11 描述了測試儀架構的一些示例。

圖9.帶有驅動器和比較器的測試儀架構。

圖 10.采用 DCL 和 PPMU 的測試儀架構。

圖 11.具有 DCL 和共享 PMU 的測試儀架構。

審核編輯：郭婷