半导体生产过程中，一个容易让人忽视且贯穿半导体设计、制造和封装全程的环节，就是半导体测试，即通过测量半导体的输出响应和预期输出并进行比较，以确定或评估芯片功能和性能。特别是越高端、越复杂的芯片对测试的依赖度越高。依据半导体测试系统应用划分，ATE应用的主要细分领域为存储器、SoC、模拟、数字、分立器件和RF测试机等。而无论哪种应用，ATE通常都需要完成芯片的功能测试、直流参数测试以及交流功能测试等工作，其原理是通过对芯片施加输入信号，采集被检测芯片的输出信号与预期值进行比较，判断芯片在不同工作条件下功能和性能的有效性，保证在相应的芯片制造中，产品符合客户设计、制造要求以及市场需求。本文以高性能半导体提供商亚德诺(ADI)半导体的几款典型产品方案为基础，分享面对市场主要需求的解决方案设计。
覆盖半导体制造产业链的ATE系统
三大类方案设计覆盖主要的ATE应用需求
面对这些挑战，测试设备开发商亟需高性价比ATE解决方案，还期待有着高质量的测试覆盖率，能够支持更多通道，在单位时间内测试尽可能多的单元。通常我们能看到的ATE设备包括涵盖了先进的集成式引脚电子器件 (PE)、器件电源 (DPS) 和参数测量单元 (PMU)等产品。
ATE数字测量的信号链基本框图
其中，PE用于产生激励待测物的信号，以此获取待测物的反馈，所以PE芯片被要求具备更高的精度，一般工作频率高为10MHz到数GHz级别。为满足每个测试机响应更对的测试通道要求，集成度也是对方案要求的关键，例如集成引脚电子/引脚驱动器以单封装提供关键的测试应用解决方案，包括数字驱动和比较功能、有源负载和每引脚参数测量单元，这些单元通过电平设置DAC进行控制。
PMU和DPS产品则用于提供灵活的电压和电流源/测量功能，以满足各种成本敏感型测试应用需求。其中PMU的作用是驱动电流进入器件而去量测电压或者为器件加上电压而去量测产生的电流，它的集成度、测量精度和通道数是通常评估的几个重要维度，通常需要较高的测量精度，电流范围高达100 mA，电压范围高达25V。DPS负责对待测物提供可编程的电源，通过强制电压输出来测量电流，需要良好的测量精度，要求电流范围为A级别，电压范围25V。更高的电流可以更稳定地驱动更高的电容负载。
基于ADATE3XX的PE方案设计
针对ATE市场应用，ADATE318和ADATE320目前应用较广，数据速率可从600MHz到1.6GHz。其中，ATATE318比较适合模拟测设计、低速存储器、混合信号测试等，ATATE320的数据速率则会更高一些，更适合高速芯片的测试。
ADATE3xx框图及参数
针对更高速芯片的测量需求，ADATE334是一款完整的双通道自动测试设备(ATE)解决方案，用于执行驱动器、比较器和有源负载(DCL)、四象限单引脚参数测量单元(PPMU)的引脚电子功能。集成片内校准寄存器的专用16位DAC可提供器件工作所需的所有直流电平。
片内集成校准寄存器的专用16位数模转换器(DAC)可提供器件工作所需的所有直流电平，能够在高精度和低功耗下支持高达2.3 GHz~4.6 Gbps最大切换速率。值得一提的是，ADATE334还具备线损补偿功能，改善由于线路/连接器电容而过度驱动传输线的问题，以及主动负载功能，测试芯片最大/最小的输出状况。
ADATE334可用作双通道单端引脚电子通道或单差分通道。除了每通道高速窗口比较器之外，ADATE334提供适合差分ATE应用的可编程阈值差分比较器和零交越比较器。用于DCL和PPMU功能的所有直流电平都由专用片内16位DAC产生。为了支持精确的电平编程，ADATE334集成校准功能，可校正每个功能模块的增益和失调误差。校正系数可以存储在片内，写入DAC的任何值都会利用适当的校正系数进行自动调整。
未来PE芯片会朝着两个方向继续发展，即更高速率已有规划8GHz、10GHz的产品研发，以及六通道、八通道的更多通道密度集成产品。
满足电压和电流源/测量功能的PMU与DSP设计
ADI的AD5522就是一款高性能、高集成度参数测量单元，包括四个独立的通道。每个单引脚参数测量单元(PPMU)通道包括五个16位电压输出DAC，可设置驱动电压输入、箝位输入和比较器输入(高和低)的可编程输入电平。
DPS用于为待测物提供可编程的电源，通常是大电流和高电压，例如高性能、高集成度器件电源AD5560，提供可编程的驱动电压和测量范围。该产品包括所需的DAC电平，用以设置驱动放大器的可编程输入，此外还包括箝位和比较器电路，片内集成用于DAC功能的失调和增益校正功能。
AD5522与AD5560器件框图
此外，这款器件电源还提供多种可编程测量电流范围，包括五种内部固定范围和两种分别提供最高1.2A和500mA电流的外部可选范围。高电流电平时可实现的电压范围受裕量和最大功耗限制。通过并联或联合多个DPS器件，可以实现1.2 A以上的电流范围或高电流与高电压组合。
DPS用于为待测物提供可编程的电源，通常是大电流和高电压，例如高性能、高集成度器件电源AD5560提供可编程的驱动电压和测量范围。该产品包括所需的DAC电平，用以设置驱动放大器的可编程输入，还包括箝位和比较器电路、片内集成用于DAC功能的失调和增益校正功能。
高功率DPS/SMU产品方案(±50V，5A;支持4象限V/I)
然而，很多时候确定性性能的单一方案很难满足多样性的市场需求，产品方案设计的拓展能力很重要，例如随着越来越多的功率或者电源的芯片测试远高于AD5522与AD5560提供的25V电压和1.2A电流，传统解决方案就遇到瓶颈。实际应用中，基于AD5522/AD5560可以拓展开发出了± 50 伏、 5 A的高功率参考设计，甚至采用 128 颗AD5560进行并接，从而实现128A输出电流。
