測試系統是否需要采用模塊化SMU

1. 設計多通道測試系統來實現測試成本目標

隨著半導體器件性能的提高和晶體管制造成本的不斷下降，如何實現測試成本目標變得更具挑戰性。要實現該目標的方法之一是并行測試多個設備，這通常需要具有兩到八個并行測試區的系統配置。采用這種方法的難點在于需要設計多站點測試系統來處理所有即時和未來測試需求，同時又要滿足機架和占地空間的限制，這點非常重要，因為每平方英尺半導體設備的成本可達成千上萬美元。

如果您正面臨這樣的挑戰，想想您的下一個測試系統設計可以有哪些選擇。如果使用傳統的SMU，要滿足并行測試配置所需的通道數可能需要在機架內安裝幾十臺箱式儀器，從而大幅增加了測試系統的占地空間。另外， 您還有可能需要通過GPIB或以太網總線來控制或同步多臺儀器，這將導致延遲和超時，從而大大延長了測試時間和調試的過程。您甚至還可能需要解決冷卻需求來保持系統處于適當的溫度，避免影響校準精度和準確性。

每個 傳統箱式儀器除了配置有實際的測試儀器外，通常還包含顯示器、電源電路和機械防護外殼。我們以挑剔的眼光來看看包含包含多個箱式儀器的多通道系統：每個箱子內重復安裝的顯示器、電源電路以及它們的外殼均是多余的。事實上，這些多余的配置反而會降低整體的系統效率。且不考慮您需要為此支付的實際成本，單單是占地空間和電源，就造成了很大的浪費。您實際上并不需要為這些無法幫助您完成測試目標的多余配置買單。

而采用模塊化系統，每個配件都可針對您的切實需求進行優化。例如，模塊化SMU以模塊化板卡的形式提供了高功率、精度和速度，而不需要額外的顯示器和外殼。現成的PC技術為您提供了所需的可編程控制和同步，同時您還可添加多個模塊化SMU來滿足通道數需求，也可添加其他類型的儀器，而不會浪費任何空間。模塊化系統的內部功能可幫助您簡化構建并行測試系統所需的SMU編程和系統布線，從而減小了整體占用空間，簡化了儀器控制裝置。

2. 使用最新SMU技術測試各種真實的DUT，同時確保DUT的安全

現今，SMU通常用于測試從晶圓級測試到封裝級及板卡級測試等各種不同階段的設備電流-電壓(I-V)特性。大多數工程師都知道任何設備，無論是射頻集成電路的旁路電容或是測試設施的電纜電容，總會包含一些電容或電感元件。這一點非常重要，因為這可能會引起系統振蕩，甚至有可能損壞DUT或SMU。您是否希望您的SMU能夠處理好電感或電容性負載，而不需要犧牲系統性能（如降低測試速度）或采用非常手段（如添加外部電路）？

SMU控制循環技術決定了SMU在各種負載下的行為，談到這一技術，該行業仍存在著較大的技術障礙。作為閉環儀器，SMU依靠“反饋控制”來確編程的源值（設定值）可正確地應用于待測負載（或設備）。傳統盒式SMU采用模擬控制循環技術，該技術由包含運算放大器、電阻器和電容器的復雜電路組成。這些SMU專用于一系列負載，但實際上SUM可提供完美響應的理想負載的類型卻極其有限，這其中通常很少包含或不包含無功負載（電容或電感）。一旦涉及電容或電感負載，SMU的響應往往變得不那么理想，這往往出現振蕩、過沖或緩慢的上升及下降時間。實際上，當負載為無功負載時（但這種情況經常發生），修正SMU行為變得極其困難，這有時可以通過減緩上升時間來實現，有時可能需要添加一個外部電路來有效地增強SMU控制循環，以針對特定負載進行相應補償。實際上這些方案不是好的解決方案，但遺憾的是，市場提供的傳統SMU產品都是依賴于模擬控制循環技術。

最新的NI模塊化SMU采用稱為NI SourceAdapt 技術的數字控制循環技術來取代傳統模擬控制循環。該技術使得測試工程師能夠針對給定負載自定義調整SMU響應，進而從根本上解決電容或電感負載造成的問題。由于該技術的控制循環采用數字方式，因而可讓您通過編程來控制關鍵的控制循環參數，這反過來使您可以針對特定負載調整SMU輸出。在系統開發過程中，您通常可以找到針對特定負載或待測設備類型的理想控制循環配置。確定理想設置并將其存儲在控制程序后，您需要了解就只是待測設備的類型。通過應用針對特定待測設備的相應設置， SMU就可提供完美的響應，而不會發生任何超調（這是DUT損壞的主要原因）或振蕩，而且不會減緩SMU的響應速度（最優上升/下降時間）。

這種針對待測設備來調整SMU響應的功能可確保您的系統不會發生任何振蕩或者由于待測設備的負載特性與SMU處理功能不匹配而引發的設備損壞問題，并最終保護您的測試系統投資。

3. 利用最新模塊化SMU的多功能性

大多數測試工程師都習慣依賴一個SMU來提供精確的供電和測量功能—通常適用于DC測量—同時也依賴其他儀器，如示波器來捕獲波形或任意波形發生器來生成波形。事實是大多數測試需求不僅包括直流電源，也需要更高的頻率。最新模塊化SMU能夠為您提供所有功能，既可節省您的測試成本，又可簡化您的測試。

NI的最新模塊化SMU具有1.8 MS/ s的采樣速率，使您無需使用外部示波器。此外，這些SMU具有高電壓電流范圍的浮置輸入，這對需要使用示波器且示波器需要配有外部衰減器或電流探針的應用而言非常方便。

隨著測試系統朝著通用化發展以測試各種設備，未來升級能力或可重配置性成為工程師關注的另一個重要因素。想想您當前的系統。它能否能夠滿足不斷變化的需求或適應未來的設備？對于傳統SMU，為系統添加了新功能（如添加了來自不同供應商的各種儀器）可能意味著需要徹底重新設計系統的架構，因為不同儀器之間的控制和觸發各有不同。這種方法無法為您提供降低測試成本所需的靈活性。而模塊化SMU則只需通過升級儀器（而不是整個系統）就可利用最新的功能，這意味著您完全不用擔心需要大幅改變系統架構。

模塊化方法可幫助您構建通用測試裝置來測試各種設備。您可在單一的系統中配置多種SMU儀器，或者通過內置的觸發和控制機制從豐富的模塊儀器產品進行選擇。例如，將模塊化SMU與模塊化射頻收發儀相結合，可搭建一個高度集成的射頻集成電路測試系統，這是通過不同儀器之間的內置觸發和握手機制來實現的。有了這種靈活性，您就可針對廣泛的應用來構建一個涵蓋射頻測試到精密直流測試的系統。

采用模塊化方法，您就可通過編寫軟件來設置儀器的工作方式，從而使您能夠采用最高效的儀器來執行任務。相比傳統SMU，該方法使得測量速度提高了100倍。同時，您可按照自己的想法來控制測試系統，并利用其靈活性來完成測量。

4. 采用模塊化SMU

隨著行業的發展和測試需求的不斷增長，傳統SMU的用戶也開始將目光轉向模塊化方法。模塊化SMU能夠實現與獨立式SMU儀器相同甚至更高的性能，同時還提供一個集成平臺來支持現代技術，通過固有的靈活性來滿足不斷變化的需求。