测试系统是否需要采用模块化SMU

1. 设计多通道测试系统来实现测试成本目标

随着半导体器件性能的提高和晶体管制造成本的不断下降，如何实现测试成本目标变得更具挑战性。要实现该目标的方法之一是并行测试多个设备，这通常需要具有两到八个并行测试区的系统配置。采用这种方法的难点在于需要设计多站点测试系统来处理所有即时和未来测试需求，同时又要满足机架和占地空间的限制，这点非常重要，因为每平方英尺半导体设备的成本可达成千上万美元。

如果您正面临这样的挑战，想想您的下一个测试系统设计可以有哪些选择。如果使用传统的SMU，要满足并行测试配置所需的通道数可能需要在机架内安装几十台箱式仪器，从而大幅增加了测试系统的占地空间。另外， 您还有可能需要通过GPIB或以太网总线来控制或同步多台仪器，这将导致延迟和超时，从而大大延长了测试时间和调试的过程。您甚至还可能需要解决冷却需求来保持系统处于适当的温度，避免影响校准精度和准确性。

每个 传统箱式仪器除了配置有实际的测试仪器外，通常还包含显示器、电源电路和机械防护外壳。我们以挑剔的眼光来看看包含包含多个箱式仪器的多通道系统：每个箱子内重复安装的显示器、电源电路以及它们的外壳均是多余的。事实上，这些多余的配置反而会降低整体的系统效率。且不考虑您需要为此支付的实际成本，单单是占地空间和电源，就造成了很大的浪费。您实际上并不需要为这些无法帮助您完成测试目标的多余配置买单。

而采用模块化系统，每个配件都可针对您的切实需求进行优化。例如，模块化SMU以模块化板卡的形式提供了高功率、精度和速度，而不需要额外的显示器和外壳。现成的PC技术为您提供了所需的可编程控制和同步，同时您还可添加多个模块化SMU来满足通道数需求，也可添加其他类型的仪器，而不会浪费任何空间。模块化系统的内部功能可帮助您简化构建并行测试系统所需的SMU编程和系统布线，从而减小了整体占用空间，简化了仪器控制装置。

2. 使用最新SMU技术测试各种真实的DUT，同时确保DUT的安全

现今，SMU通常用于测试从晶圆级测试到封装级及板卡级测试等各种不同阶段的设备电流-电压(I-V)特性。大多数工程师都知道任何设备，无论是射频集成电路的旁路电容或是测试设施的电缆电容，总会包含一些电容或电感元件。这一点非常重要，因为这可能会引起系统振荡，甚至有可能损坏DUT或SMU。您是否希望您的SMU能够处理好电感或电容性负载，而不需要牺牲系统性能（如降低测试速度）或采用非常手段（如添加外部电路）？

SMU控制循环技术决定了SMU在各种负载下的行为，谈到这一技术，该行业仍存在着较大的技术障碍。作为闭环仪器，SMU依靠“反馈控制”来确编程的源值（设定值）可正确地应用于待测负载（或设备）。传统盒式SMU采用模拟控制循环技术，该技术由包含运算放大器、电阻器和电容器的复杂电路组成。这些SMU专用于一系列负载，但实际上SUM可提供完美响应的理想负载的类型却极其有限，这其中通常很少包含或不包含无功负载（电容或电感）。一旦涉及电容或电感负载，SMU的响应往往变得不那么理想，这往往出现振荡、过冲或缓慢的上升及下降时间。实际上，当负载为无功负载时（但这种情况经常发生），修正SMU行为变得极其困难，这有时可以通过减缓上升时间来实现，有时可能需要添加一个外部电路来有效地增强SMU控制循环，以针对特定负载进行相应补偿。实际上这些方案不是好的解决方案，但遗憾的是，市场提供的传统SMU产品都是依赖于模拟控制循环技术。

最新的NI模块化SMU采用称为NI SourceAdapt 技术的数字控制循环技术来取代传统模拟控制循环。该技术使得测试工程师能够针对给定负载自定义调整SMU响应，进而从根本上解决电容或电感负载造成的问题。由于该技术的控制循环采用数字方式，因而可让您通过编程来控制关键的控制循环参数，这反过来使您可以针对特定负载调整SMU输出。在系统开发过程中，您通常可以找到针对特定负载或待测设备类型的理想控制循环配置。确定理想设置并将其存储在控制程序后，您需要了解就只是待测设备的类型。通过应用针对特定待测设备的相应设置， SMU就可提供完美的响应，而不会发生任何超调（这是DUT损坏的主要原因）或振荡，而且不会减缓SMU的响应速度（最优上升/下降时间）。

这种针对待测设备来调整SMU响应的功能可确保您的系统不会发生任何振荡或者由于待测设备的负载特性与SMU处理功能不匹配而引发的设备损坏问题，并最终保护您的测试系统投资。

3. 利用最新模块化SMU的多功能性

大多数测试工程师都习惯依赖一个SMU来提供精确的供电和测量功能—通常适用于DC测量—同时也依赖其他仪器，如示波器来捕获波形或任意波形发生器来生成波形。事实是大多数测试需求不仅包括直流电源，也需要更高的频率。最新模块化SMU能够为您提供所有功能，既可节省您的测试成本，又可简化您的测试。

NI的最新模块化SMU具有1.8 MS/ s的采样速率，使您无需使用外部示波器。此外，这些SMU具有高电压电流范围的浮置输入，这对需要使用示波器且示波器需要配有外部衰减器或电流探针的应用而言非常方便。

随着测试系统朝着通用化发展以测试各种设备，未来升级能力或可重配置性成为工程师关注的另一个重要因素。想想您当前的系统。它能否能够满足不断变化的需求或适应未来的设备？对于传统SMU，为系统添加了新功能（如添加了来自不同供应商的各种仪器）可能意味着需要彻底重新设计系统的架构，因为不同仪器之间的控制和触发各有不同。这种方法无法为您提供降低测试成本所需的灵活性。而模块化SMU则只需通过升级仪器（而不是整个系统）就可利用最新的功能，这意味着您完全不用担心需要大幅改变系统架构。

模块化方法可帮助您构建通用测试装置来测试各种设备。您可在单一的系统中配置多种SMU仪器，或者通过内置的触发和控制机制从丰富的模块仪器产品进行选择。例如，将模块化SMU与模块化射频收发仪相结合，可搭建一个高度集成的射频集成电路测试系统，这是通过不同仪器之间的内置触发和握手机制来实现的。有了这种灵活性，您就可针对广泛的应用来构建一个涵盖射频测试到精密直流测试的系统。

采用模块化方法，您就可通过编写软件来设置仪器的工作方式，从而使您能够采用最高效的仪器来执行任务。相比传统SMU，该方法使得测量速度提高了100倍。同时，您可按照自己的想法来控制测试系统，并利用其灵活性来完成测量。

4. 采用模块化SMU

随着行业的发展和测试需求的不断增长，传统SMU的用户也开始将目光转向模块化方法。模块化SMU能够实现与独立式SMU仪器相同甚至更高的性能，同时还提供一个集成平台来支持现代技术，通过固有的灵活性来满足不断变化的需求。