當今半導體測試工程師面臨的挑戰是如何尋找和創建一個新的測試解決方案，該方案被要求能夠顯著降低測試成本，并滿足可配置、開放架構、靈活的測試解決方案的需求，這些解決方案可以提供與專用ATE平臺相媲美的功能。特別是，對于低至中等數量的測試需求，例如在試生產、驗證和集中生產過程中的測試應用，對靈活且經濟高效的ATE解決方案的需求尤為迫切。對于這些應用，測試工程師過去一直依賴傳統的測試系統，這些系統的購置成本很低，但運營成本很高，或者是內部設計的機架堆疊的解決方案。然而，基于PXI平臺的半導體測試系統解決方案在功能和性能方面在過去這些年中取得了顯著的進步，為測試工程師提供一個可行的替代方案，以滿足當前和未來的測試需求。

1、半導體測試要求

數字和混合信號設備的基本測試需求包括直流/交流參數和功能測試。對于直流測試，設備的所有引腳都必須有特征，這需要一個PMU。一個PMU可以提供源電壓來測量電流或提供源電流來測量電壓，并且設備的所有引腳必須能夠被訪問。如果使用單個PMU，則需要某種類型的開關/多路復用器。一旦完成直流特性化，就可以對設備進行功能/交流參數測試。在這種情況下，具有足夠深的內存、每通道可編程性（電壓、負載和方向）、可編程邊緣位置和實時比較的數字儀器為測試交流參數和功能提供了關鍵特性。圖1顯示了一個處理這些功能的基本設置。

所示配置對于即使是中等引腳數的ATE系統也不實用。現在的PXI測試系統采用了每管腳或每通道一個PMU的架構，提供了高通道數配置和優異的測試性能（速度和測量精度）。圖2詳細說明了一個數字儀器的結構，其中包括每個引腳的PMU配置。PXI測試系統在小型、緊湊、單PXI機箱中提供高通道數數字和混合信號測試系統。

2、直流參數測試功能

如前所述，PMU可用于兩種模式之一，以對數字設備的輸入和輸出引腳進行直流特性測試：

施加電壓并測量電流。通過這種方法，PMU采用恒定電壓，并利用其車載測量能力，測量被測設備/管腳所消耗的電流。PMU提供的電壓也可以測量。

施加電流并測量電壓。通過這種方法，參數測量單元要么施加一個恒定的電流流過一個器件，要么從一個器件引腳引入一個灌電流，然后測量產生的電壓。也可以測量PMU的灌/拉電流。

通過將每個通道的PMU與數字測試功能組合在一臺儀器中，可以大大簡化在數字和混合信號設備上執行的一系列直流測試。在數字設備上進行的常見直流測試包括輸入電壓電平（VIH/VIL）、輸出電壓電平（VOL/VOH）、輸入漏電和輸出短路電流測試。

3、輸入漏電流測試和I-V測試功能

測試一個設備的輸入包括漏電流測試以及表現在被測設備（DUT）的每個輸入端上的保護二極管的特性。這些測試是通過在規定的測試電壓范圍內，逐步向DUT輸入引腳施加恒定電壓，并測量每個步驟的輸入電流（圖3）來實現的。由于漏電流通常在uA范圍內，PMU應設置為更靈敏的電流范圍，以實現更精確的測量。

要執行輸入泄漏測試，DUT需要通電，同時PMU引腳設置為施加電壓/測量電流模式。在每個輸入電壓設置下，PMU測量輸入電流，然后根據DUT規格驗證該值。PMU提供的實際測試電壓也可以被測量。該測試技術也可用于VIL和VIH的測試。

為了測量/表征連接到設備接地和VCC引腳的輸入保護二極管，PMU配置為施加電壓/測量電流模式，電壓以小增量遞增，以便為每個二極管生成V-I曲線。該器件在0.7伏的結電壓下開始導電。

4、交流參數測試功能

為了充分利用大型ATE專有數字儀器中的功能和功能，現在基于PXI的數字子系統必須具有每引腳或通道的靈活和動態計時能力。

與現有3U PXI數字子系統采用“單一”定時系統（其中所有I/O通道都用同一時鐘邊緣進行時鐘）不同，每引腳動態定時系統提供了在多通道基礎上獨立和動態定位數據的靈活性。

此外，在模擬復雜的總線定時或測試脈沖寬度靈敏度時，數據格式（例如不歸零或歸零等）提供了更大的靈活性。

有了這些動態計時特性和數據格式，基于PXI的測試系統可以提供與大型ATE系統相當的測試能力。

動態計時意味著能夠在測試步驟內以足夠的分辨率移動邊緣。

對于一個獨特的定時系統的挑戰是邊緣位置將被限制在向量時鐘速率的上升或下降邊緣，并且對于一個完整的向量突發，邊緣位置將是固定的。

例如，如果矢量時鐘速率為100MHz，則邊緣位置將被限制為5ns分辨率，且時鐘速率較慢，從而導致相應的分辨率降低。為了充分表現和測試切換速率為100MHz或更高的數字設備，測試系統必須能夠以1ns或更好的分辨率在數據/時鐘邊緣進行增量和動態移動。一個典型的應用是描述設備的設置和持續時間，這需要相對于時鐘的數據增量移動。

為了執行此測試，數據（或時鐘）相對于時鐘（或數據）以小增量移動，從而允許設備實現完整的交流特性。使用數字子系統的多時間設置功能，可以為序列或測試步驟分配不同的值，允許時鐘邊緣通過設備的指定設置和持續時間范圍。

在不求采用1-GHz或更高的定時時鐘速率的情況下，一個提供足夠的定時分辨率的解決方案是采用動態時序內插器。該內插器能夠靈活地將驅動/感測測試矢量以1-ns或更好的分辨率定位在測試步驟內的任何位置，而不僅僅是在矢量時鐘的邊緣邊界上。這種靈活性允許用戶精確地創建矢量定時，而無需求助于過采樣（over sampling）等變通方法，這是一種使用多個向量來實現中等邊緣位置分辨率的技術。此外，“動態”編程引腳時序的能力極大地簡化了時序Shmoo圖的創建/執行、設備交流參數的驗證/特征描述，以及WGL、STIL和VCD測試向量的轉換。使用僅支持每引腳“靜態”計時的儀器來執行這些測試需要更長的測試時間，在某些情況下，儀器的功能可能不適合應用。

通過將每針定時結構的特性與軟件工具相結合，可以很容易地表現出數字和混合信號設備的動態性能。例如，通過使用二維Shmoo圖，可以基于電源變化或其他參數來表征設備的性能。圖4詳細說明了這兩個參數與電源變化的Shmoo圖。在每種情況下，在一系列定時和電源條件下將測試向量應用于被測設備，并顯示每個特定操作條件下的通過/失敗結果。

圖 4、建立并保持Shmoo圖

總結：

下一代PXI數字儀器提供的功能和測試功能通常只能在專用的ATE半導體系統中找到。隨著這些新的、先進的數字子系統的出現，基于PXI的半導體測試解決方案現在可以為數字、混合信號和射頻測試應用提供更廣泛的測試能力和功能。現在的PXI系統為驗證、集中生產和故障分析應用提供了令人信服的測試解決方案，提供了與專用ATE相當的功能和性能。