CN114026442A - 用于测试高功率电子部件的自动化测试装备 - Google Patents

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Abstract

本申请的各方面涉及用于测试高功率电子部件的自动化测试装备(ATE)及其操作方法。本发明人已认识并理解到，在单个测试系统中提供高功率交流电(AC)和直流电(DC)测试两者的ATE可导致对高功率部件的高通量测试，同时降低系统硬件复杂性和成本。本申请的各方面提供了同步电感器开关模块和用于捕获高功率晶体管的DC特性和AC特性的高精度数字化仪和高速数字化仪。

Description

用于测试高功率电子部件的自动化测试装备
背景技术
电子部件诸如半导体设备、电路和印刷电路板(PCB)组件在其制造期间和之后使用测试系统诸如自动化测试装备(ATE)来进行频繁测试。为了执行这些测试，ATE可包括生成或测量测试信号的仪器，使得可在特定被测设备(DUT)上测试一系列操作状况。例如，仪器可生成施加到半导体设备的一定模式的数字或模拟信号，并且可测量作为响应的来自半导体设备的数字或模拟信号。
高功率电子部件用于向具有电动传动系统的机械和车辆(包括电动汽车和混合动力电动汽车)提供动力。对高功率电子部件的全功能测试是马达驱动部件的制造过程的重要部分。
发明内容
本申请的各方面涉及用于测试高功率电子部件的自动化测试装备(ATE)及其操作方法。本发明人已认识并理解到，在单个测试系统中提供高功率交流电(AC)和直流电(DC)测试两者的ATE可导致对高功率部件的高通量测试，同时降低系统硬件复杂性和成本。本申请的各方面提供了同步电感器开关模块和用于捕获高功率晶体管的DC特性和AC特性的高精度数字化仪和高速数字化仪。
根据一些实施方案，提供了用于操作自动化测试装备(ATE)以测试在待测设备(DUT)中的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的方法。该方法包括：接通该IGBT；经由电感器驱动电流从能量源单元(ESU)通过该IGBT；测量通过该IGBT的多个电流波形和跨该IGBT的电压波形；以及处理该多个所测量的电流波形和电压波形，以获得该IGBT的至少一个交流电(AC)特性和至少一个直流电(DC)特性。
根据一些实施方案，提供了用于测试待测设备(DUT)的自动化测试装备(ATE)。ATE包括：能量源单元(ESU)，该能量源单元包括ESU输出端；开关模块，该开关模块被配置为经由电感器将在该DUT中的晶体管耦接到该ESU输出端；第一数字化仪，该第一数字化仪被配置为测量该晶体管的电压；第二数字化仪，该第二数字化仪被配置为测量该晶体管的该电压，该第二数字化仪具有比该第一数字化仪更低的电压分辨率；和第三数字化仪，该第三数字化仪被配置为测量该晶体管的电流。
根据一些实施方案，提供了用于操作自动化测试装备(ATE)来测试在待测设备(DUT)中的第一绝缘栅双极晶体管(IGBT)的方法。该方法包括接通该第一IGBT以使第一电流经由第一电路路径从ESU的能量源单元(ESU)输出端流向参考电压。该第一电路路径包括电感器、耦接在该电感器和该ESU输出端之间的第一开关，以及该第一IGBT。该方法还包括：利用第一数字化仪测量该第一IGBT的第一特性；利用具有比该第一电压数字化仪更低的电压分辨率的第二数字化仪测量该第一IGBT的第二特性。
上述为由所附权利要求书限定的本发明的非限制性内容。
附图说明
各种方面和实施方案将结合以下附图描述。应当理解，附图未必按比例绘制。在附图中，不同图中所示的每个相同或近乎相同的部件由相同的标号表示。为了清晰起见，并非对每张附图中的每个部件都进行了标记。
图1是根据本申请的各方面的示例性ATE的高级示意图；
图2是示出根据一些方面的在第一测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE的示意图；
图3是根据一些方面的由如本文所述的ATE测量的电流和电压信号的时域波形；
图4是示出根据一些方面的在第二测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE的示意图；
图5是示出根据一些方面的在第三测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE的示意图；
图6是示出根据一些方面的在第四测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE的示意图；
图7是示出根据一些方面的在第五测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE的示意图；
图8是示出根据一些方面的在第六测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE的示意图；
图9是示出根据一些方面的基于示例性模式的定时控制引擎的示意图。
具体实施方式
本发明人已理解并认识到，随着对更先进的电动马达的商业需求增加，需要可在更高的电压、更高的电流和更快的测试时间下提供对马达驱动部件的高通量测试的测试系统。这对于其中必须仔细优化产品质量和生产成本的汽车马达驱动应用而言尤其如此。虽然通常使用不同的测试技术并在明显不同的测试硬件上进行交流电(AC)和直流电(DC)测试，但本文公开了可使用通用ATE硬件对马达驱动部件进行AC测试和DC测试的ATE的示例，以及用于操作此类ATE硬件的方法。本公开的实施方案可为马达驱动部件提供改善的测试效率、更低的测试系统成本、减小的测试系统大小和复杂性、更快的测试时间，以及减少的开发时间和成本。
可利用如本文所述的ATE测试的高功率马达驱动部件的一个示例是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，该绝缘栅双极晶体管用于向各种马达绕组提供高效脉冲功率以控制电动马达的旋转方向、功率和速度。该IGBT可包括内部快速恢复二极管(FRD)。
本文描述了用于测试待测设备(DUT)的ATE的示例，该待测设备可以是用于马达驱动的高功率电子部件，并且在一些实施方案中，描述了用于测试在DUT中的晶体管的ATE的示例。该ATE可被配置为在相同硬件中提供对晶体管的AC特性和DC特性两者的测试，从而消除了对单独的高功率测试系统硬件和与DUT的相关联的相关互连的需要，来执行这两种类型的测试。
在一些实施方案中，该ATE包括能量源单元(ESU)，该能量源单元被配置为提供高电压和电流源以驱动被测试的晶体管。该晶体管经由在ATE中的电感器开关模块(ISM)内的电感器耦接到ESU。当晶体管接通时，电流通过第一电流路径从ESU通过电感器、通过晶体管并最终被供应到参考电压诸如电路接地。通过晶体管的电流和在晶体管上的电压被ATE数字化，以用于测试晶体管的各种特性，如将在下文更详细地讨论。该电感器将能量存储在电感器通量内，使在对晶体管的AC特性进行动态测试期间，当晶体管断开时，电感器电流不会突然断开。当晶体管断开时，ISM内的开关可将电感器电流转移到另一条电路路径，或者经由耗散路径使电感器短路，以允许在对晶体管的测试完成时的安全关闭，以降低来自由ESU供应的大量电流的突然改变而引起的感应冲击的风险。
如本文所述的ATE可提供对在DUT中的晶体管的多个测试。具体地讲，本申请的各方面涉及提供对高功率电子部件(诸如在DUT中的高功率晶体管)的能力的AC测试和DC测试。进行AC测试以验证晶体管的高速AC特性(诸如开关能量、接通和断开时间、二极管反向恢复等)。进行DC测试以验证DC特性(诸如饱和电压、二极管正向电压、断开状态集电极泄漏、栅极泄漏、栅极阈值电压等)。
当晶体管动态地接通和断开时，可进行AC测试，同时ATE中的ISM强制使动态变化量的电流通过晶体管。通过在ATE内的多个仪器来测量通过晶体管的模拟电流和在晶体管上的电压，并且将其数字化为所测量的电流信号和电压信号以用于存储和进一步处理。在一些实施方案中，ATE中的电流数字化仪用于测量晶体管的电流与时间，而一个或多个高速电压数字化仪测量在晶体管上的各种电压与时间。可分析在AC测试期间所测量的时域电流波形和电压波形，以测量晶体管的高速特性。例如，在AC测试期间，ATE可围绕晶体管在接通状态和断开状态之间的开关转变来测量晶体管的电流和电压，以测量特性(诸如开关能量、接通时间和断开时间等)。
本发明人已认识并理解到，传统上，在单独的测试硬件中进行对高功率晶体管的DC测试以提供比用于AC测试的电流电平更高的电流电平，例如高2倍或更多倍。高电流电平需要具有高成本和复杂性的在ATE中的特定电压源和电流源(VI)以及用于连接到设备接口板(DIB)然后连接到DUT的互连硬件(诸如大功率电缆)。根据本申请的一个方面，在晶体管接通的时间段期间，可使用相同的ATE对晶体管进行DC测试。因此，可消除对提供高功率VI和互连器的单独硬件的要求。例如，ATE可在晶体管接通并且电流流过该晶体管的期间通过高精度电压数字化仪和电流数字化仪测量随斜坡电流变化的电压。通过使用单个ATE对高功率电子部件进行AC测试和DC测试两者，可降低测试系统成本并且可减少测试时间。
根据一个方面，与对晶体管进行的AC测试中使用的一个或多个高速电压数字化仪的电压分辨率相比，用于DC测试的高精度电压数字化仪具有更高的电压分辨率，这是因为与在AC测试中所测量的有时为100V或更高的大得多的电压转变范围相比，在接通期间进行的DC测试中所测量的电压摆动处于低电压范围内。例如，高精度电压数字化仪可在5V或10V的低电压动态范围内操作，而高速电压数字化仪测量晶体管在接通状态和断开状态之间切换时的电压的数百伏的动态范围。因此，即使两种类型的数字化仪都具有类似的模数位分辨率(诸如16位分辨率)，高精度电压数字化仪的电压分辨率也远高于高速电压数字化仪的电压分辨率。
根据一个方面，ISM包括基于多个同步定时控制信号来操作的多个开关。该多个同步定时控制信号还控制在DUT中被测试的晶体管的开关，使当晶体管接通时，操作开关以使电流从ESU流过晶体管或被强制从ESU流过晶体管，以允许进行对晶体管的测量，并且当晶体管断开时，通过另选的电流路径将电流转移远离晶体管。此外，该多个同步定时控制信号还控制高速电压数字化仪、高精度电压数字化仪和电流数字化仪的测量，例如，当需要在数字化仪处进行测量时，仅打开相应的数字化仪。使对电流值和对应电压值的测量采样同步还允许例如在晶体管的接通状态期间对电压-电流关系进行分析，这允许进行特定DC测试。在一个实施方案中，在ATE中提供基于模式的定时控制引擎，该基于模式的定时控制引擎生成多个同步定时控制信号。
根据一个方面，ATE可提供对不止一个晶体管的测试。例如，DUT中的晶体管可以是下IGBT，并且该DUT包括第二上IGBT。可使用如本文所述的ATE来测试IGBT及其内部的FRD两者的AC特性和DC特性。在一个实施方案中，当下IGBT断开时，ISM内的开关被配置为重新导向电感器电流经由第二电路路径流过上IGBT，并且可由ATE测试IGBT的特性。
图1是根据本申请的各方面的示例性ATE的高级示意图。图1示出了根据本申请中公开的方法的包含测试计算机12的测试系统10，该测试计算机控制测试器16以对被测设备(DUT)20执行测试。在一些情况下，测试器16可以是使用本领域已知的技术来构造的自动化测试装备(ATE)。DUT 20可以是用于测试的任何合适的设备。例如，DUT20可以是用于马达驱动的高功率晶体管，诸如IGBT。ATE 16可包含用于生成和/或测量针对DUT 20的测试信号14的电路。ATE 16可包括被配置为生成或测量不同类型的模拟或数字信号的多个仪器。
应当理解，图1是自动化测试系统的极大简化的表示。例如，尽管未示出，但测试系统10可包括控制ATE 16内的仪器的操作的控制电路。另外，测试系统10可包括处理电路以处理测量结果并且确定DUT 20是否正在正确地操作。可任选地且另选地提供设备接口板(DIB)以将在DUT上的接触点连接到在ATE 16内的仪器的对应测试点。另外，图1示出了ATE16与DUT 20之间的单个信号路径。本领域的技术人员将会理解，测试高功率DUT可能需要生成并测量数百个或数千个测试信号。因此，如本文所述的电路可在ATE 16内复制多次并且被控制以提供用于测试DUT 20的同步测试信号。此外，尽管图1示出了其中正在测试单个DUT 20的场景，但测试系统10可被配置为测试多个设备。
无论生成或测量测试信号的仪器或其他部件的数量以及被测设备的数量如何，测试系统10均可包括在DUT 20与ATE 16内的仪器之间路由信号的信号递送部件。
此外，应当理解，如图所示的其他部件是示例性的而非限制性的。例如，尽管测试计算机12在图1中被示为个人计算机(PC)，但应当理解，可使用任何合适的计算设备来实现测试计算机，例如，移动设备或计算机工作站。测试计算机12可连接到网络并且能够通过网络访问资源和/或与连接到网络的一个或多个其他计算机进行通信。
图2是示出根据一些方面的在第一测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE 200的示意图。图2示出了DUT 100，该DUT包括具有内部快速恢复二极管(FRD)112的下IGBT 110和具有内部FRD122的上IGBT 120。下IGBT 110的开关由下栅极驱动器222基于同步定时控制信号234来控制。上IGBT 120的开关由下栅极驱动器242基于同步定时控制信号254来控制。
提供ESU 202以在ESU输出端204处递送用于AC测试目的的大高速电流脉冲。ESU202可以是可编程电压源或可编程电流源。为了测试高功率晶体管，ESU 202可生成覆盖超过1500V范围的电压和至少3000A、至少4000A或超过5000A的电流的信号。在一些实施方案中，ESU 202还可包括快速作用的高端断路器，以保护在ATE内的仪器在测试期间免受DUT短路的影响。根据一个方面，ESU和DUT之间的电路路径具有低路径电感以避免电感过压脉冲。在一些实施方案中，ESU可被设计成从由可编程限流电压源充电的一组大值存储电容器操作。
ISM 210包括开关212、214、216和电感器218。开关212、214、216基于相应的同步定时控制信号+轨(Rail)到L、-Rail到L与短路(Short)L来操作。在一些实施方案中，开关212、214和218是高功率固态开关。
ATE提供用于测量下IGBT 110的发射极电流的电流计226。在高速电流数字化仪232中将电流测量结果数字化。电压计224提供对下IGBT集电极和发射极上的电压差的测量，并且该测量结果被高速电压数字化仪228和高精度数字化仪230数字化。电流计246测量通过上IGBT 120的集电极电流。在高速电流数字化仪252中将电流测量结果数字化。电压计244提供对上IGBT集电极和发射极上的电压差的测量，并且该测量结果被高速电压数字化仪248和高精度数字化仪250数字化。
在图2所示的示例中，电流计226是电感耦接电流监测器，但也可采用任何合适的电流测量技术。本发明人已认识并理解到，电感耦接电流监测器通常提供约±1％的精度并且可小于通常用于高功率电子器件测试的特定高功率VI。强制电流保护带技术可用于通过适当地增加测试条件需求来减轻精度降低的影响，同时不会显著影响生产产率。根据一个方面，可修改测试技术以使经强制的电流电平超过范围少量(约2％)以用于测量VCE(饱和)和V(正向)。
在如图2所示的第一测试阶段期间，下IGBT 110接通，并且ISM210中的开关212和218接通，以允许电流经由电路路径281从ESU输出端204通过开关212、电感器218、下IGBT110流向参考电压206。
将参考图3中的示例性波形更详细地描述图2中所示的对IGBT的AC测试和DC测试。
图3是根据一些方面的由如本文所述的ATE测量的电流和电压信号的时域波形。在图3中，波形302示出从时间T1开始，例如由于可编程电流被强制经由如图2所示的电路路径281从ESU输出端204通过下IGBT 110，所以如图2所示的下IGBT 110的集电极电流随时间推移而斜线上升。斜坡期间的峰值电流电平可取决于T1和T2之间的脉冲持续时间以及电感器218的值。波形302中所示的集电极电流可由电流计226测量并被数字化仪232数字化。
仍然参见图3，波形304示出了当IGBT 110接通和断开时，随时间变化的下IGBT110的集电极到发射极电压(VCE)。集电极到发射极电压可例如由电压计224测量并被用于AC测试的高速数字化仪228数字化，或被用于DC测试的高精度数字化仪230数字化。
在T1和T2之间的时间段期间，下IGBT 110接通，并且可使用利用高精度电压数字化仪230数字化的同步电压信号305以及T1和T2之间的同步电流信号ICE 302进行DC测试。通过将电流与电压同步定时数字化，可将力迫条件与所测量的响应相关联。可处理同步电压-电流关系以提供对下IGBT 110的高功率DC特性(诸如但不限于饱和电压VCE(饱和)、接通状态电阻RDS(接通))的测试。本领域已知的用于处理VCE-ICE以获得此类特性的任何技术可用于该DC测试。
重新参见图2，在DC测试期间，高精度数字化仪230用于相对较小的电压变化，例如用于测量在波形304内的电压信号305，如图3所示。在一些实施方案中，高精度数字化仪230可以是在0V至5V、0V至10V、0V至20V或0至50V的全刻度低电压范围内操作的具有至少12位、至少14位或至少16位的数字化位分辨率的高采样率定时控制差分或浮置输入高精度DC电压表，从而基于在低电压范围内的二值化提供高电压分辨率。例如，基于数字化位分辨率，具有10V的全刻度范围的16位模数转换器具有10V/216或大约0.15mV的电压分辨率。应当理解，根据测量的带宽，电压分辨率还可取决于数字化仪中的噪声。
在一些实施方案中，通过将数字化仪处的电压限制在预先确定的电压范围内来保护高精度数字化仪的输入，以保护数字化仪免受由于高VCE值和高峰值VCE值(在接通状态和断开状态之间转变时可为大约几百伏)而引起的过电压状况的影响。
如图2所示的第一测试阶段可重复用于强制使增加了量的高电流从ESU通过下IGBT。例如，如图3所示，在周期T3至T4期间，驱动高达480A的高强制电流通过下IGBT，并且可基于由高精度数字化仪测量的同步电压信号307与同步电流信号302来进行DC测量。在一些实施方案中，对下IGBT的DC测试可由根据本公开的ATE在至少1000A、至少2000A、至少3000A、至少4000A或介于3000A和5000A之间的强制电流下进行。
基于围绕IGBT在接通状态和断开状态之间的转变而测量的信号来进行AC测试，如下文详细地讨论。在一些实施方案中，通过使用在电感负载中产生的电流门控IGBT(诸如下IGBT 110)的接通和断开来启动AC开关能量测试，以产生测试所需的电流。当已经过适当量的时间并且电流已达到适当的电平时，IGBT断开达短暂时间，然后再次接通，而各种数字化仪捕获所产生的电压和电流波形。该连续动作足以提供测试与一个FRD配对的一个IGBT(诸如IGBT 110和FRD 122)的断开波形和接通波形，从而产生一组完整的开关能量波形，如图3所示。假定需要在多个独特的测试电流处的数据，则可按顺序连续进行多个测试条件。
重新参见图3，波形306示出了随时间变化的下IGBT 110的栅极到发射极电压(VGE)，该波形控制下IGBT 110在接通或导电状态与断开或非导电状态之间的切换。在时间T2处，当基于控制信号234断开下IGBT 110时，来自电感器218的感应冲击快速向上驱动集电极电压，并且正向偏置在上IGBT 120中的上FRD 122。在时间T2之后的电流的示例在图4中示出。
图4是示出根据一些方面的在第二测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE 200的示意图。图4示出了当电感器218接通并且下IGBT 110断开时，电流流过上FRD122的电路路径282。在下IGBT110的断开到接通转变期间的VCE和VGE可被数字化。也可在测试期间经由电流计246将通过上FRD的电流数字化。可根据需要在整个连续动作中的各种时间处控制数字化仪接通或断开，以捕获测试AC特性所必需的所需信息。
可利用本领域已知的任何技术通过使用数字化电压波形数据304和数字化电流波形数据302作为操作数进行计算来确定对下IGBT 110的AC特性(诸如接通和断开开关能量)的测试。具体地讲，利用高速数字化仪228数字化在下IGBT 110上的电压，该高速数字化仪在例如0V至1000V的全刻度高电压范围内操作，以允许在AC转变期间捕获大的电压摆动，如图3中的示例性波形304所示。因此，与高精度电压数字化仪230相比，高速数字化仪228具有更低的电压分辨率。相同的ATE 200也可用于测试上IGBT 120和下FRD 112的AC特性。可获得的AC特性的其他示例包括但不限于下IGBT的栅极电荷Qg(on)、反向恢复时间trr和上FRD的反向恢复电流Irr。
图5是示出根据一些方面的在第三测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE 200的示意图。图5示出了当下IGBT 110再次接通时，通过电感器218的电流通过拉出从ESU经由电路路径281通过下IGBT 110的电流来重新接通该电感器。可在基于所测量的电压信号和电流信号而从断开状态到接通状态的此类转变期间，对下IGBT 110的接通能量进行AC测量。
此外，本发明人已认识并理解到，在一些实施方案中，在下IGBT110接通之后，由于例如空穴迁移的延迟，上IGBT 120中的FRD 122可继续接通达短时间段，从而导致通过电路路径283的电流，如图5所示，这增加了对下IGBT 110的峰值电流需求。上FRD 122的此类反向恢复响应可被电压数字化仪250、248和电流数字化仪252数字化，并用于表征FRD 122。
图6是示出根据一些方面的在第四测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE 200的示意图。本发明人已认识并理解到，当电感器电流在一个或多个测试阶段期间增加到非常高的电平时(其中下IGBT接通)，需要提供用于安全断开的替代方式，该替代方式将允许在所需的高得多的DC测试电流下测试IGBT和FRD两者。图6示出了示例性测试阶段，其中通过断开+Rail到L开关212，自由电感器引线的电压向下转变，直到其将内部二极管215正向偏置到–Rail到L开关214内。这使下IGBT 110接通并使电流在电路路径284中流动，这可安全地避免由于断开来自ESU 202的电流供应而产生的过量能量和过电压。
图7是示出根据一些方面的在第五测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE 200的示意图。第五测试阶段可在图6所示的第四测试阶段之后进行。如图7所示，感应负载上的短路开关216接通，而下IGBT断开。这将电感器能量包含在电感器218和短路开关216内，以准备用于测试上IGBT 120和FRD 122。
图8是示出根据一些方面的在第六测试阶段期间的用于测试高功率部件的示例性ATE 200的示意图。第六测试阶段可在图7所示的第五测试阶段之后进行，并且用于测试上IGBT 120和FRD 122。
为了测试上FRD 122，依次接通+Rail到L开关212并断开短路开关216，这允许在电感器218中的电流开始经由电路路径286流过上FRD 122。然后使用数字化仪248、250和252同步定时地将所产生的V(正向)波形和I(正向)波形数字化。该动作对于DUT而言是安全的，因为在设备上的电压最小，这使开关能量保持为低。当测试完成时，可再次闭合短路开关216，并且可断开+Rail到L开关212。
应当理解，只要不超过ISM的功率需求，图2、4、5、6、7和8中所示的测试阶段可针对另选的所需测试用例重复多次。基于多个模式的测试也是可能的，例如，以测试上IGBT和下FRD开关对。
图9是示出根据一些方面的基于示例性模式的定时控制引擎900的示意图。如本文所述的在ATE中的AC测试和DC测试是基于模式的测试，其中通过在基于模式的定时控制引擎900中生成的多个同步控制信号将测试的进行与硬件协调地结合在一起。如图9所示，基于模式的定时控制引擎900可生成控制信号以驱动用于测试上IGBT和下IGBT两者的对DUT的上IGBT设备和下IGBT设备的门控、对在ISM中的开关的门控、对高速电压数字化仪/电流数字化仪和高精度电压数字化仪的门控。基于模式的定时控制引擎900可在硬件中实现(诸如利用具有精确定时控制的一个或多个数字定序器)，并且可由操作员例如在如图1所示的测试计算机12中进行编程。
以上描述本发明的至少一个实施例的多个方面，应当理解本领域的技术人员可易于进行各种改变、修改和改进。
例如，诸如通过使用中心移动平均方法可进一步处理所测量的电流和电压数据以去除噪声。进行中心移动平均值从而求出奇数个样本的平均值，这些样本在中心样本的任一侧具有相等数量的样本。该机制提供适于样本大小的降噪或数据平滑，而不向数据中引入时移。在具有多个数字化仪的同步环境中，该机制用于将特定电压样本与特定电流样本及时相关联，同时减小测量方差。在如本文所述的测试系统中，在所测量的信号包括具有以近线性方式斜升的电压波形和电流波形的动态DC数据的情况下，中心移动平均值是用于在不断变化的数据集内定位特定测量点的非常有效的技术。电流保护带和测量降噪的组合提供了改善的精度以保持高产品质量和测试产率。
此类改变、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且被视为落入本发明的精神和范围内。此外，尽管指示出本发明的优点，但是应当理解，并非本文所述的技术的每个实施方案均将包括每个所述优点。一些实施方案可能无法实现本文有利地所述的任何特征，并且在一些情况下，可实现所述特征中的一个或多个以实现另外的实施方案。因此，上述的说明和附图仅作为举例的方式。
可单独地、结合地或以在上述实施例中未特别讨论的各种配置方式使用本发明的多种方面，因此其应用不受限于上述说明所述或附图中所示的组件的细节和配置。例如，在一个实施例中所述的方面可以任何方式与其他实施例中所述的方面结合。
另外，本发明可实施为一种方法，并且已提供其示例。作为该方法的一部分执行的操作可通过任何合适的方式来排序。因此，可构建以不同于所示的顺序执行操作的实施方案，这可包括同时执行某些操作，即使这些操作在各示例性实施方案中被示为顺序操作。
在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等序数术语修饰权利要求要素，其本身并不意味一个权利要求要素相对于另一个的任何优先权、优先序或顺序或者执行方法操作的时间顺序，而是仅用作将具有某个名称的一个权利要求要素与另一个具有相同名称(除了使用的序数术语)的要素加以区分的标签，以辨别权利要求要素。
术语“大约”和“约”在一些实施方案中可用于意味着在目标值的±20％以内，在一些实施方案中指在目标值的±10％以内，在一些实施方案中指在目标值的±5％以内，并且在一些实施方案中指在目标值的±2％以内。术语“大约”和“约”可包括目标值。
另外，本文所用的短语和术语均是用于说明的目的，并且不应视为限制。本文中所使用的“包括”、“包含”或“具有”、“内含”、“涉及”和它们的变型形式均意味着包含其后所列的项目及其等同物以及额外的项目。

Claims (28)

1.一种用于操作自动化测试装备(ATE)以测试在待测设备(DUT)中的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的方法，所述方法包括：
接通所述IGBT；
经由电感器驱动电流从能量源单元(ESU)通过所述IGBT；
测量通过所述IGBT的多个电流波形和跨所述IGBT的电压波形；
处理所述多个所测量的电流波形和电压波形，以获得所述IGBT的至少一个交流电(AC)特性和至少一个直流电(DC)特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个DC特性是所述IGBT的内部二极管的饱和时的集电极到发射极电压(VCE)或正向电压(VFRD)，并且其中：
处理所述多个所测量的电流波形和电压波形以获得所述至少一个DC特性包括处理在所述IGBT的接通状态期间测量的至少一个电压波形。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个AC特性是所述IGBT的开关能量，并且其中：
处理所述多个所测量的电流波形和电压波形以获得所述至少一个AC特性包括处理跨所述IGBT的接通-断开转变期间测量的至少一个电压波形。
4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括：
利用所述ATE的第一数字化仪，测量在所述IGBT的接通状态期间测量的所述至少一个电压波形；
利用所述ATE的第二数字化仪，测量跨所述IGBT的接通-断开转变期间的所述至少一个电压波形，其中：
所述第二数字化仪具有比所述第一电压数字化仪更低的电压分辨率。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：
利用所述ATE的第一数字化仪，测量在所述IGBT的接通状态期间测量的所述至少一个电压波形；
利用所述ATE的第二数字化仪，测量跨所述IGBT的接通-断开转变期间的所述至少一个电压波形，其中：
所述第二数字化仪具有比所述第一电压数字化仪更低的电压分辨率。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括：
利用控制器生成与定时模式同步的多个同步控制信号；
至少部分地基于所述多个同步控制信号，来控制所述IGBT的切换以及所述第一数字化仪和所述第二数字化仪的采样。
7.一种用于测试待测设备(DUT)的自动化测试装备(ATE)，所述自动化测试装备包括：
能量源单元(ESU)，所述能量源单元包括ESU输出端；
开关模块，所述开关模块被配置为经由电感器将在所述DUT中的晶体管耦接到所述ESU输出端；
第一数字化仪，所述第一数字化仪被配置为测量所述晶体管的电压；
第二数字化仪，所述第二数字化仪被配置为测量所述晶体管的所述电压，所述第二数字化仪具有比所述第一数字化仪更低的电压分辨率；和
第三数字化仪，所述第三数字化仪被配置为测量所述晶体管的电流。
8.根据权利要求7所述的ATE，其中所述ATE被配置为基于多个同步控制信号对所述第一数字化仪进行采样并且操作所述开关模块中的一个或多个开关。
9.根据权利要求8所述的ATE，其中所述ATE被配置为基于所述多个同步控制信号来使所述晶体管循环地接通和断开，并且其中所述ATE被配置为在所述晶体管接通的周期期间对所述第一数字化仪进行采样。
10.根据权利要求9所述的ATE，其中所述晶体管是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
11.根据权利要求10所述的ATE，其中所述第一数字化仪被配置为当所述晶体管接通时测量所述晶体管的一个或多个特性，其中所述一个或多个特性包括饱和时的集电极到发射极电压(VCE)、正向电压(VFRD)或它们的组合。
12.根据权利要求11所述的ATE，其中所述一个或多个特性包括当所述晶体管的所述电流为至少3000A时测量的VCE或VFRD。
13.根据权利要求12所述的ATE，其中所述晶体管是第一IGBT，并且所述开关模块中的所述电感器具有第一电感器端子，所述第一电感器端子被配置为耦接到所述第一IGBT，并且其中所述开关模块还被配置为将第二IGBT耦接在所述第一电感器端子和所述ESU输出端之间。
14.根据权利要求13所述的ATE，其中所述ATE还包括：
第四数字化仪，所述第四数字化仪被配置为测量所述第二IGBT的电压；
第五数字化仪，所述第五数字化仪被配置为测量所述第二IGBT的所述电压，所述第五数字化仪具有比所述第五数字化仪更低的电压分辨率；
第六数字化仪，所述第六数字化仪被配置为测量所述第二IGBT的电流，
其中所述ATE被配置为基于所述多个同步控制信号对所述第四数字化仪进行采样。
15.根据权利要求13所述的ATE，其中所述开关模块中的所述一个或多个开关中的第一开关与所述电感器并联，所述第一开关被配置为基于所述多个同步控制信号中的一个同步控制信号来操作。
16.根据权利要求15所述的ATE，其中所述电感器的第二电感器端子经由所述一个或多个开关中的第二开关耦接到所述ESU输出端，所述第二开关被配置为基于所述多个同步控制信号中的一个同步控制信号来操作。
17.根据权利要求16所述的ATE，其中所述电感器的所述第二电感器端子经由所述一个或多个开关中的第三开关耦接到参考电压，所述第三开关被配置为基于所述多个同步控制信号中的一个同步控制信号来操作。
18.根据权利要求17所述的ATE，其中所述开关模块被配置为将在所述DUT中的所述晶体管耦接在所述电感器的所述第一电感器端子和所述参考电压之间。
19.根据权利要求7所述的ATE，还包括控制器，所述控制器被配置成向第二电压计和在所述开关模块中的所述一个或多个开关提供所述多个同步控制信号，其中所述多个同步控制信号与公共定时模式同步。
20.一种用于操作自动化测试装备(ATE)以测试在待测设备(DUT)中的第一绝缘栅双极晶体管(IGBT)的方法，所述方法包括：
接通所述第一IGBT以使第一电流经由第一电路路径从能量源单元(ESU)输出端流向参考电压，所述第一电路路径包括电感器、耦接在所述电感器和所述ESU输出端之间的第一开关，以及所述第一IGBT；
利用第一数字化仪测量所述第一IGBT的第一特性；
利用具有比所述第一电压数字化仪更低的电压分辨率的第二数字化仪测量所述第一IGBT的第二特性。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一特性是饱和时的集电极到发射极电压(VCE)或正向电压(VFRD)，并且其中在当所述第一电流流过所述第一IGBT时的所述IGBT的接通状态期间进行测量所述第一特性。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一电流为至少3000A。
23.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括：
在接通所述第一IGBT之后，断开所述第一IGBT以使第二电流经由第二电路路径从所述ESU输出端流出，所述第二电路路径包括所述第一开关、所述电感器和第二IGBT，其中：
围绕所述第一IGBT在所述接通状态和断开状态之间的转变而进行测量所述第二特性，并且其中：
所述第二特性是所述第一IGBT的开关能量。
24.根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括：
在当所述第二电流流过所述第二IGBT时的所述第二IGBT的接通状态期间，利用第三数字化仪测量所述第二IGBT的第三特性。
25.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括：
通过断开所述第一开关来断开所述电感器与所述ESU输出端的连接；
接通耦接在所述电感器和所述参考电压之间的第二开关，以使第三电流经由第三电流路径流动，其中所述第三电流路径是包括所述电感器、所述第一IGBT和第二开关的回路。
26.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括：
利用控制器生成与公共定时模式同步的多个同步控制信号；
至少部分地基于所述多个同步控制信号，来控制所述第一IGBT和所述第一开关的切换，以及对所述第一数字化仪和所述第二数字化仪的采样。
27.根据权利要求20所述的方法，其中测量所述第一特性包括：
采样跨所述第一IGBT的电压与所述第一电流；
对跨所述第一IGBT的所采样电压进行移动平均值。
28.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括：
通过将在所述数字化仪处的电压限制在预先确定的电压范围内来保护所述第一数字化仪免受过电压状况的影响。
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