芯片测试要更准，精密放大器该怎么选？

简介

随着半导体产业的不断发展,半导体测试设备发挥着重要作用。由于半导体和集成电路的不断发展以及对电子产品的越发严刻的要求,测试设备必须不断改进。德州仪器 (TI) 提供了各种各样的精密放大器,它们能为测试集成电路提供了更准确的结果。

电压强励(也称为被测器件 (DUT) 或负载激励)是一个重要方面。在半导体器件上施加某些电压条件并观察半导体的反应对于确保器件正确响应很重要。为提供理想的最终结果,必须精确进行电压强励。施加强励电压后,通过测试 DUT 反馈的信息来确定准确的施加电压和电流值,可进一步提高准确性。

DUT 或负载激励

将电压或信号施加到半导体器件的引脚时,来自现场可编程门阵列 (FPGA) 的数字信号将控制数模转换器(DAC)。DAC 输出会传送到功率放大器或者是增益和功率放大器的组合,从而实现放大。然后将功率放大器的输出应用到半导体器件的引脚上。

根据半导体测试设备的应用,可能需要增益级。在高增益配置中使用功率放大器会限制带宽;因此,必须在增益放大器和功率放大器之间分配增益。这种分配支持更高的带宽,同时仍可对 DAC 输出端实现高增益。分配增益的做法还有助于提高一些所需的精度。因为从功率放大器中减轻一些增益,失调电压和噪声增益值会减小,从而提高了精度。

功率放大器是驱动测试电压线路的一部分。电源电压范围是功率放大器中一个非常重要的参数。根据设计的测试仪类型,可能需要不同的电源电压范围。自动化测试设备 (ATE) 需要较高的电源电压范围,以便测试更多种类的器件。例如,OPA462 可提供高达 180V 的电源电压。存储器测试设备需要 –10V 至 +32V 的电源电压范围,而 OPA454 放大器能够以 ±50V 的电源电压范围测试各种器件。

根据工艺技术的不同,某些放大器可能会出现较长的热尾,从而使稳定时间受到很大影响。这种现象归因于放大器的失调电压温漂。选择低温漂放大器有助于显著减少稳定时间,对于 JFET 尤其如此。

为提供准确的结果,测试信号受到严格控制;因此,需要低温漂才能满足容差要求。另外,为了快速获得结果,需要快速稳定和高压摆率等特点的放大器,因为测试时间会对器件成本造成重大影响。表 1 显示了OPA454、OPA455 和 OPA462 精度规格,以及稳定时间和压摆率。

表 1. 功率放大器规格

除了宽电源电压范围、精度和快速稳定特性之外,还需要其他特性来维持一个稳定的输出值,以便能够驱动各种负载。高输出负载驱动器、过热保护、电流限制保护和独立输出禁用等特性不仅可以保护电路免受过载影响,而且还可以与低压电路连接,而不会影响输入信号或功率预算。

电压和电流反馈

必须使用电压和电流反馈电路进行测量,以确保在器件上施加了正确的测试条件。图 1 显示了使用仪表放大器 (IA) 进行电流测量,以及使用分压器进行电压测量,二者均通过驱动器馈送到单独的模数转换器(ADC)。

图 1. 半导体测试仪的典型框图

为了测量电流,必须采用 IA。分立式解决方案可用来增加信号带宽或电源电压,为此可以使用功率放大器作为缓冲器以馈送到差分放大器(如 INA149)。为减小电路板尺寸和降低设计复杂性,可以使用单片 IA(例如具有 120V 输入保护的 INA818)代替分立式解决方案。然后可以将输出信号馈送到 ADC,以便可以通过测试接口读取反馈数据。

但是,在将差分信号发送到 ADC 之前,ADC 必须由精密放大器驱动才能达到可接受的系统精度。这主要是因为大多数差分放大器或 IA 未进行低噪声优化,并且无法在 ADC 采集期间使信号稳定。

INA849 是一个例外,它具有超低本底噪声和快速稳定时间为了获得准确的结果,必须使用超低噪声放大器来驱动ADC。OPA2210 提供低 1/f 和宽带噪声以及足够高的带宽,旨在避免影响信号处理。

使用先进的 36V 精密全差分放大器 THP210,可将反馈差分放大器和 ADC 驱动器组合在一起。THP210 具有 3V 至 36V 的宽电源电压范围,可提供更宽的动态范围。这些特性不仅可以节省布板空间,而且还能保持信号完整性并提供准确的结果。

进行电压测量时,需要在 DUT 附近采用一个分压器。分压器的输出通过驱动器发送到 ADC,该驱动器还必须缓冲信号。OPA2182 使用 TI 的零漂移技术提供出色的温漂。该器件借助低温漂特性消除了对温度校准的需要,并可用作缓冲器和驱动器组合,从而降低电路板尺寸和电路复杂度。

结论

德州仪器 (TI) 提供可用于 ATE 和存储器测试仪等多平台的各种精密放大器。在对 DUT 进行电压强励的情况下,精密放大器可用于测量反馈电压,并施加正确的强励电压。 表 2 是相关器件的汇总。

表 2. 用于半导体测试仪的精密运算放大器汇总