簡介

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體測試設(shè)備發(fā)揮著重要作用。由于半導(dǎo)體和集成電路的不斷發(fā)展以及對電子產(chǎn)品的越發(fā)嚴(yán)刻的要求，測試設(shè)備必須不斷改進(jìn)。德州儀器 (TI) 提供了各種各樣的精密放大器，它們能為測試集成電路提供了更準(zhǔn)確的結(jié)果。

電壓強(qiáng)勵（也稱為被測器件 (DUT) 或負(fù)載激勵）是一個重要方面。在半導(dǎo)體器件上施加某些電壓條件并觀察半導(dǎo)體的反應(yīng)對于確保器件正確響應(yīng)很重要。為提供理想的最終結(jié)果，必須精確進(jìn)行電壓強(qiáng)勵。施加強(qiáng)勵電壓后，通過測試 DUT 反饋的信息來確定準(zhǔn)確的施加電壓和電流值，可進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性。

DUT 或負(fù)載激勵

將電壓或信號施加到半導(dǎo)體器件的引腳時，來自現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA) 的數(shù)字信號將控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。DAC 輸出會傳送到功率放大器或者是增益和功率放大器的組合，從而實(shí)現(xiàn)放大。然后將功率放大器的輸出應(yīng)用到半導(dǎo)體器件的引腳上。

根據(jù)半導(dǎo)體測試設(shè)備的應(yīng)用，可能需要增益級。在高增益配置中使用功率放大器會限制帶寬；因此，必須在增益放大器和功率放大器之間分配增益。這種分配支持更高的帶寬，同時仍可對 DAC 輸出端實(shí)現(xiàn)高增益。分配增益的做法還有助于提高一些所需的精度。因?yàn)閺墓β史糯笃髦袦p輕一些增益，失調(diào)電壓和噪聲增益值會減小，從而提高了精度。

功率放大器是驅(qū)動測試電壓線路的一部分。電源電壓范圍是功率放大器中一個非常重要的參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)的測試儀類型，可能需要不同的電源電壓范圍。自動化測試設(shè)備 (ATE) 需要較高的電源電壓范圍，以便測試更多種類的器件。例如，OPA462 可提供高達(dá) 180V 的電源電壓。存儲器測試設(shè)備需要 –10V 至 +32V 的電源電壓范圍，而 OPA454 放大器能夠以 ±50V 的電源電壓范圍測試各種器件。

根據(jù)工藝技術(shù)的不同，某些放大器可能會出現(xiàn)較長的熱尾，從而使穩(wěn)定時間受到很大影響。這種現(xiàn)象歸因于放大器的失調(diào)電壓溫漂。選擇低溫漂放大器有助于顯著減少穩(wěn)定時間，對于 JFET 尤其如此。

為提供準(zhǔn)確的結(jié)果，測試信號受到嚴(yán)格控制；因此，需要低溫漂才能滿足容差要求。另外，為了快速獲得結(jié)果，需要快速穩(wěn)定和高壓擺率等特點(diǎn)的放大器，因?yàn)闇y試時間會對器件成本造成重大影響。表 1 顯示了OPA454、OPA455 和 OPA462 精度規(guī)格，以及穩(wěn)定時間和壓擺率。

表 1. 功率放大器規(guī)格

除了寬電源電壓范圍、精度和快速穩(wěn)定特性之外，還需要其他特性來維持一個穩(wěn)定的輸出值，以便能夠驅(qū)動各種負(fù)載。高輸出負(fù)載驅(qū)動器、過熱保護(hù)、電流限制保護(hù)和獨(dú)立輸出禁用等特性不僅可以保護(hù)電路免受過載影響，而且還可以與低壓電路連接，而不會影響輸入信號或功率預(yù)算。

電壓和電流反饋

必須使用電壓和電流反饋電路進(jìn)行測量，以確保在器件上施加了正確的測試條件。圖 1 顯示了使用儀表放大器 (IA) 進(jìn)行電流測量，以及使用分壓器進(jìn)行電壓測量，二者均通過驅(qū)動器饋送到單獨(dú)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。

圖 1. 半導(dǎo)體測試儀的典型框圖

為了測量電流，必須采用 IA。分立式解決方案可用來增加信號帶寬或電源電壓，為此可以使用功率放大器作為緩沖器以饋送到差分放大器（如 INA149）。為減小電路板尺寸和降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，可以使用單片 IA（例如具有 120V 輸入保護(hù)的 INA818）代替分立式解決方案。然后可以將輸出信號饋送到 ADC，以便可以通過測試接口讀取反饋數(shù)據(jù)。

但是，在將差分信號發(fā)送到 ADC 之前，ADC 必須由精密放大器驅(qū)動才能達(dá)到可接受的系統(tǒng)精度。這主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)差分放大器或 IA 未進(jìn)行低噪聲優(yōu)化，并且無法在 ADC 采集期間使信號穩(wěn)定。

INA849是一個例外，它具有超低本底噪聲和快速穩(wěn)定時間為了獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，必須使用超低噪聲放大器來驅(qū)動ADC。OPA2210 提供低 1/f 和寬帶噪聲以及足夠高的帶寬，旨在避免影響信號處理。

使用先進(jìn)的 36V 精密全差分放大器 THP210，可將反饋差分放大器和 ADC 驅(qū)動器組合在一起。THP210 具有 3V 至 36V 的寬電源電壓范圍，可提供更寬的動態(tài)范圍。這些特性不僅可以節(jié)省布板空間，而且還能保持信號完整性并提供準(zhǔn)確的結(jié)果。

進(jìn)行電壓測量時，需要在 DUT 附近采用一個分壓器。分壓器的輸出通過驅(qū)動器發(fā)送到 ADC，該驅(qū)動器還必須緩沖信號。OPA2182 使用 TI 的零漂移技術(shù)提供出色的溫漂。該器件借助低溫漂特性消除了對溫度校準(zhǔn)的需要，并可用作緩沖器和驅(qū)動器組合，從而降低電路板尺寸和電路復(fù)雜度。

結(jié)論

德州儀器 (TI) 提供可用于 ATE 和存儲器測試儀等多平臺的各種精密放大器。在對 DUT 進(jìn)行電壓強(qiáng)勵的情況下，精密放大器可用于測量反饋電壓，并施加正確的強(qiáng)勵電壓。 表 2 是相關(guān)器件的匯總。

表 2. 用于半導(dǎo)體測試儀的精密運(yùn)算放大器匯總