CN115144714A - 用于被测设备的静态和动态表征的统一测量系统 - Google Patents

Abstract

用于被测设备的静态和动态表征的统一测量系统。一种测试和测量系统，包括：功率设备，其具有：允许连接到一个或多个被测设备的接口；以及一个或多个处理器，所述处理器被配置成执行代码，当代码被执行时，使得一个或多个处理器接收静态和动态表征之间的选择，并且配置功率设备以执行一个或多个DUT的静态或动态表征中的所选择的一个；测量设备，其具有：用户接口；一个或多个处理器，所述处理器被配置成执行代码，当代码被执行时，使得一个或多个处理器：通过用户接口接收用户输入，所述用户输入至少包括静态和动态表征之间的选择；以及将静态或动态表征中的所选择的一个发送到功率设备；以及连接器，用于将功率设备连接到测量设备。

Description

用于被测设备的静态和动态表征的统一测量系统

相关申请

本公开要求2021年3月15日提交的美国临时专利申请第63/161,382号、题为“UNIFIED MEASUREMENT SYSTEM FOR STATIC AND DYNAMIC CHARACTERIZATION OF ADEVICE UNDER TEST”的权益，以及2021年8月23日提交的美国临时专利申请第63/260,513号、题为“HIGH POWER STATIC AND DYNAMIC DUT CHARACTERIZATION”的权益，其中的每个都被整体地并入本文中。

技术领域

本公开涉及测试和测量系统，更特别地涉及用于执行设备的静态和动态表征的系统和方法。

背景技术

被测设备（DUT）（例如半导体设备，诸如碳化硅（SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET））的表征，通常可以包括静态表征（诸如电流/电压（I/V）曲线）和动态表征（诸如开关参数）两者。传统的静态表征涉及使用专用的静态测量平台。此外，DUT的传统的动态表征涉及不同的测量平台，在一些情况下，涉及专用的定制动态平台。

由于安全操作区（SOA）限制，关于高功率设备（诸如FET）可能出现进一步的复杂情况，因为它们用脉冲信号进行表征。这可能涉及使用专门的电路用于动态表征。

所公开的装置和方法的实施例解决了现有技术中的缺点。

附图说明

图1示出了专用静态表征测量平台的示例。

图2示出了专用动态表征测量平台的示例。

图3示出了统一测量系统的实施例。

图4示出了表征电路的实施例。

图5示出了可适用于静态和动态表征两者的电路的实施例。

具体实施方式

通常，被测设备（DUT）的高功率表征通常涉及静态测量平台。图1示出了这样的平台10的示例。在该示例中，平台包括测试和测量设备12、DUT被连接到其的测试夹具（fixture）14以及功率扩展器16。这些类型的平台的示例包括Keysight B1505A、B1505B和B1506B。

为了执行动态功率表征，用户将需要分离的平台，诸如Keysight PD1500，其是大型地板模型平台（floor model platform）或定制平台。图2示出了这样的平台20的示例，其可以包括所示的组件中的一些或所有。测试和测量设备22实际上可以包括一个或多个测试和测量设备，诸如示波器和阻抗分析仪。测试和测量设备通过高压探头24连接到测试板、DUT 26。测试板可以具有驱动板28，其通常用于稳定地打开和关闭电源开关，并且可能提供电源保护。DC电路32可以包括DC链路电容（DC-link capacitance）、DC电压源和负载电感器（load inductor）。电流换能器（transducer）30和信号发生器34连接到测试板，以允许板被测试。

通常，静态或动态地表征设备需要分离的大型仪器和夹具平台。这里的实施例提供了组合的表征系统，其具有两个组件，交互式测试和测量设备，诸如示波器、阻抗分析仪、两者的组合，或者许多其他测试和测量设备中的一个或多个。为简单起见，本讨论将把该组件称为测试和测量设备。另一个组件是功率输送和测量前端，其具有用于安装测试板的DUT接口，该讨论也可以将其称为夹具。这里的实施例通常涉及两个分离的组件，但是它们也可以被安装到一个外壳中。

如这里使用的那样，术语“高压”是指包括和高于42伏的任何电压。

这里的实施例提供了具有若干优点的双用途表征平台。意味着两个组件的该系统，允许由一个人运输。为了安全起见，该夹具封闭了所有的高压电路，并且可以具有联锁装置（interlock），该联锁装置防止可能由系统中的故障导致的高压系统的不正确操作。该系统简化了设置，在于用户只需将DUT放到夹具中。这两个组件通过简单的线缆连接，因此系统不需要重新布线（re-cabling）。测量配置的自动化切换允许用户获得所有期望的用于测试的参数。该夹具还可以包括加热和/或冷却装备，以及设备周围的保护屏障，以防设备损坏。

图3示出了测试和测量系统的实施例，其也可以被称为平台，该系统具有测试和测量设备40，诸如示波器或其他测试和测量设备。为了易于讨论，设备40可以被称为测量设备。系统的另一部分是静态和动态功率和测量设备50，为了易于讨论，其将被称为功率设备。这些术语并不旨在限制任一设备的能力，因此不应该暗示这样的限制。

测量设备40可以具有许多不同的组件，包括允许用户与各种菜单交互的用户接口44。用户接口允许用户关于要运行的测试、设置参数等进行选择，诸如通过具有触摸屏或各种按钮和旋钮的显示器来进行选择。测量设备40具有一个或多个处理器46，处理器46接收用户输入并将参数和其他选择发送到测量设备，并且可以接收来自功率设备的输出并根据数据为用户生成输出。远程设备42，诸如计算设备（诸如个人计算设备或智能电话），也可以通过测量设备40或功率设备50访问要远程操作的测试和测量平台。如这里使用的术语“处理器”意指可以接收指令并执行动作的任何电子组件，诸如微控制器现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC），如将进一步详细讨论的那样。

测量设备40通过线缆或其他直接连接48与功率设备50通信。这两个设备和它们的线缆被配置成是便携式的、可由一个人运输的。线缆通过连接电路连接到每个设备，该连接电路允许设备切换配置而不必重新布线。

功率设备50也可以具有若干个不同的元件。这些可以包括一个或多个处理器，诸如52、向被测设备（DUT）提供高压的高压电路56、以及充当对高压电路的保护的联锁装置54。联锁装置被设计用于防止由通过高压电路产生的高压导致的设备损坏或任何危险情况。DUT安装到DUT接口58，该DUT接口58可以包括通用DUT接口，DUT被安装到该通用DUT接口，其允许DUT连接到功率设备中的各种组件。

高压电路和DUT的操作可能产生热量，和/或DUT可能需要特定的温度范围来操作。功率设备可以包括温度控制电路62，以控制DUT的温度。一个或多个处理器52监视温度并操作温度控制器62，温度控制器62可以包括诸如风扇、可切换散热器、冷却系统、加热器等的物品（item）。功率设备还可以包括屏障64，以保护一个或多个DUT以防损坏。功率设备还可以包括开关电路60。

在操作中，用户通过用户接口远程或直接进行输入，以选择（一个或多个）设备是静态表征还是动态表征。可以使用诸如图4中所示的实施例的半桥电路来实现动态表征。一种执行动态表征的方法，这里称为双脉冲方法，使用该类型或电路。在操作中，底部设备DUT_bot被打开，以获得通过Test_L电感器的期望电流。随后，底部设备DUT_bot关闭，并且顶部设备DUT_top打开。这使来自Test_L电感器的电感器电流循环。替代地，如果只测试一个DUT，则顶部设备可以由二极管替换。在取决于电路特性的指定时间之后，顶部设备关闭，并且底部设备打开。可以在两个设备转换期间收集期望的数据，并计算能量损失。取决于对通过设备的电压和电流的控制，该同一平台可以被用于提取静态参数。

以二极管或短路替换顶部DUT允许对底部设备进行栅极控制（gate control），这进而允许提取静态电流-电压（I/V）曲线。在顶部DUT可用的情况下，可以使用提取静态数据的附加方法。这些可以包括底部DUT处的独立栅极/漏极电势的脉冲。为此，系统将控制底部DUT的栅极处的电压，以允许设备的适当传输特性测量。静态I/V设备表征不需要电感器Test_L，但它的存在允许同一电路执行静态和动态表征两者。如果顶部DUT和底部DUT两者存在于电路中，并且是相同类型的设备，则最大功率配置将在两个设备之间分配（split）。如果期望对设备的中一个进行全功率测试，则另一个设备将以短路替换。

图5示出了半桥开关电路的实施例，半桥开关电路包括用于允许在顶部和底部设备之间进行选择的开关。该选择可以通过测量设备上的用户接口进入到功率设备中，并通过线缆传递给它。在添加开关SW1的情况下，如果安装了两个DUT，则两者都可以以静态和动态配置来表征。图5中所示的配置选择DUT_bot。在操作中，用户通过图3的测量设备40上的用户接口选择静态或动态表征，以及选择一个或多个DUT中的一个。一个或多个处理器然后将该选择和任何其他参数发送到功率设备。功率设备中的一个或多个处理器然后将向电路（如果使用的话）提供信号，以设置SW1。

该测试和测量系统提供了组合静态和动态测量的能力，而无需使用多个设置和仪器，或者甚至无需为特定配置重新布线。系统输出表征数据。该数据可以在测量设备的用户接口上产生，和/或可以被输出到文件以用于进一步分析，诸如在用于分析软件包的文件中。这可以由功率设备或测量设备中的一个或多个处理器来完成。

本公开的各方面可以在特别创建的硬件上、在固件、数字信号处理器上或在特殊编程的通用计算机上操作，所述特殊编程的通用计算机包括根据编程指令操作的处理器。如本文中使用的术语“控制器”或“处理器”旨在包括微处理器、微计算机、专用集成电路（ASIC）和专用硬件控制器。本公开的一个或多个方面可以以由一个或多个计算机（包括监视模块）或其他设备执行的计算机可使用数据和计算机可执行指令（诸如以一个或多个程序模块）来实现。通常，程序模块包括当由计算机或其他设备中的处理器执行时执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可执行指令可以被存储在非暂时性计算机可读介质上，所述计算机可读介质诸如硬盘、光盘、可移动存储介质、固态存储器、随机存取存储器（RAM）等。如将由本领域技术人员理解的，程序模块的功能可以在各种方面中根据需要来组合或分布。此外，所述功能可以整体地或部分地以固件或硬件等同物（诸如，集成电路、FPGA以及诸如此类）来实现。特定数据结构可以被用于更有效地实现本公开的一个或多个方面，并且考虑这样的数据结构在本文中描述的计算机可执行指令和计算机可使用数据的范围内。

在一些情况下，所公开的方面可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。所公开的方面还可以被实现为由一个或多个或非暂时性计算机可读介质承载或存储在其上的指令，所述指令可以被一个或多个处理器读取和执行。这样的指令可以被称为计算机程序产品。如本文中讨论的计算机可读介质意指可以由计算设备访问的任何介质。作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。

计算机存储介质意指可以被用于存储计算机可读信息的任何介质。作为示例而非限制，计算机存储介质可以包括RAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪存或其他存储器技术、压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字视频盘（DVD）或其他光盘存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁存储设备以及以任何技术实现的任何其他易失性或非易失性、可移动或不可移动的介质。计算机存储介质排除信号本身和信号传输的暂时性形式。

通信介质意指可以被用于计算机可读信息的通信的任何介质。作为示例而非限制，通信介质可以包括同轴线缆、光纤线缆、空气或适用于电学、光学、射频（RF）、红外、声学或其他类型的信号的通信的任何其他介质。

此外，该书面的描述参考了特定特征。要理解，本说明书中的公开包括那些特定特征的所有可能组合。例如，在特定方面的上下文中公开特定特征的情况下，该特征也可以在可能的范围内在其他方面的上下文中使用。

此外，当在本申请中对具有两个或更多个定义的步骤或操作的方法进行参考时，可以按任何次序或同时地执行所定义的步骤或操作，除非上下文排除了那些可能性。

示例

下面提供公开的技术的说明性示例。所述技术的实施例可以包括下面描述的示例中的一个或多个以及其任何组合。

示例1是一种测试和测量设备，包括：功率设备，所述功率设备包括：允许连接到一个或多个被测设备（DUT）的接口；以及一个或多个处理器，所述处理器被配置成执行代码，当所述代码被执行时，使得所述一个或多个处理器接收静态和动态表征之间的选择，并且配置功率设备以执行所述一个或多个DUT的静态或动态表征中的所选择的一个；测量设备，所述测量设备包括：用户接口；以及一个或多个处理器，所述处理器被配置成执行代码，当所述代码被执行时，使得所述一个或多个处理器：通过用户接口接收用户输入，所述用户输入包括静态和动态表征之间的选择；以及将静态或动态表征中的所选择的一个发送到功率设备；以及连接器，用于将功率设备连接到测量设备。

示例2是示例1的测试和测量系统，其中，所述功率设备进一步包括连接到DUT接口以向所述一个或多个DUT供电的高压电路。

示例3是示例2的测试和测量系统，其中，所述功率设备进一步包括连接到高压电路的联锁装置。

示例4是示例1到3中的任一项的测试和测量系统，其中，功率设备包括温度控制装备。

示例5是示例1到4中的任一项的测试和测量系统，其中，功率设备包括所述一个或多个DUT周围的保护屏障。

示例6是示例1到5中的任一项的测试和测量系统，其中，所述测量设备上的一个或多个处理器进一步执行代码以与远程计算机对接。

示例7是示例1到6中的任一项的测试和测量系统，其中，所述测量设备上的一个或多个处理器进一步执行代码以产生表征输出数据。

示例8是示例7中的任一项的测试和测量系统，其中，所述测量设备上的一个或多个处理器进一步执行代码以产生以针对分析软件包配置的格式的表征输出数据。

示例9是示例7中的任一项的测试和测量系统，其中，所述表征输出数据包括静态表征输出数据和动态表征输出数据。

示例10是示例1到8中的任一项的测试和测量系统，其中，所述功率设备进一步包括开关电路，以用于选择所述一个或多个DUT中的一个。

示例11是示例10的测试和测量系统，其中，所述测量设备中的一个或多个处理器进一步被配置成执行代码，以接收指定DUT之一用于表征的用户输入，并将所述用户输入传递给功率设备。

示例12是一种操作静态和动态设备表征平台的方法，包括：通过测量设备上的用户接口接收在一个或多个被测设备（DUT）的静态和动态表征之间选择的用户输入；通过所述测量设备和功率设备之间的连接发送用户输入；在功率设备处接收用户输入；在功率设备中控制到一个或多个DUT的信号，以执行一个或多个DUT的静态或动态表征之一；以及将由表征产生的输出数据发送到测量设备。

示例13是示例12的方法，进一步包括监视所述一个或多个DUT的温度。

示例14是示例12的方法，进一步包括操作温度控制装备以管理所述一个或多个DUT的温度。

示例15是示例12到14中的任一项的方法，进一步包括通过用户接口接收用户输入，所述用户输入选择所述一个或多个DUT中的一个用于表征，并通过所述连接将用户输入发送到功率设备。

示例16是示例15的方法，进一步包括在功率设备中设置开关以选择所述一个或多个DUT中的一个。

示例17是示例12到16中的任一项的方法，其中，控制到所述一个或多个DUT的信号以执行静态或动态表征之一包括执行所述一个或多个DUT的动态表征。

示例18是示例12到17中的任一项的方法，其中，执行动态表征包括在所述一个或多个DUT中的一个上执行双脉冲测试序列。

示例19是示例12到18中的任一项的方法，其中，控制到所述一个或多个DUT的信号以执行静态或动态表征之一包括执行所述一个或多个DUT的静态表征。

示例20是示例19的方法，其中，执行所述一个或多个DUT的静态表征包括向所述一个或多个DUT中的一个施加信号以输出一个或多个电流-电压曲线。

在包括权利要求、摘要和附图的说明书中公开的所有特征，以及在所公开的任何方法或过程中的所有步骤，可以以除了其中这样的特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合之外的任何组合来组合。除非另外明确说明，否则在包括权利要求、摘要和附图的说明书中公开的每个特征可以由用于相同、等同或类似目的的替代特征来替换。

尽管为了说明的目的已经图示和描述了具体实施例，但是将理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种修改。因此，除了如由所附权利要求限制之外，本发明不应被限制。

Claims (20)

1.一种测试和测量系统，包括：

功率设备，所述功率设备包括：

允许连接到一个或多个被测设备（DUT）的接口；以及

一个或多个处理器，所述处理器被配置成执行代码，当所述代码被执行时，使得所述一个或多个处理器接收静态和动态表征之间的选择，并且配置功率设备以执行所述一个或多个DUT的静态或动态表征中的所选择的一个；

测量设备，所述测量设备包括：

用户接口；以及

一个或多个处理器，所述处理器被配置成执行代码，当所述代码被执行时，使得所述一个或多个处理器：

通过用户接口接收用户输入，所述用户输入至少包括静态和动态表征之间的选择；以及

将静态或动态表征中的所选择的一个发送到功率设备；以及

连接器，用于将功率设备连接到测量设备。

2.如权利要求1中所述的测试和测量系统，其中，所述功率设备进一步包括连接到接口以向所述一个或多个DUT供电的高压电路。

3.如权利要求2中所述的测试和测量系统，其中，所述功率设备进一步包括连接到高压电路的联锁装置。

4.如权利要求1中所述的测试和测量系统，其中，功率设备包括温度控制装备。

5.如权利要求1中所述的测试和测量系统，其中，功率设备包括所述一个或多个DUT周围的保护屏障。

6.如权利要求1中所述的测试和测量系统，其中，所述测量设备上的一个或多个处理器进一步执行代码以与远程计算机对接。

7.如权利要求1中所述的测试和测量系统，其中，所述测量设备上的一个或多个处理器进一步执行代码以产生表征输出数据。

8.如权利要求7中所述的测试和测量系统，其中，所述测量设备上的一个或多个处理器进一步执行代码以产生以针对分析软件包配置的格式的表征输出数据。

9.如权利要求7中所述的测试和测量系统，其中，所述表征输出数据包括静态表征输出数据和动态表征输出数据。

10.如权利要求1中所述的测试和测量系统，其中，所述功率设备进一步包括开关电路，以用于选择所述一个或多个DUT中的一个。

11.如权利要求10中所述的测试和测量系统，其中，所述测量设备中的一个或多个处理器被进一步配置成执行代码，以接收指定DUT之一用于表征的用户输入，并将所述用户输入传递给功率设备。

12.一种操作组合的静态和动态设备表征平台的方法，包括：

通过测量设备上的用户接口接收在一个或多个被测设备（DUT）的静态和动态表征之间选择的用户输入；

通过测量设备和功率设备之间的连接发送用户输入；

在功率设备处接收用户输入；

在功率设备中控制到一个或多个DUT的信号，以执行一个或多个DUT的静态或动态表征之一；以及

将由表征产生的输出数据发送到测量设备。

13.如权利要求12中所述的方法，进一步包括监视所述一个或多个DUT的温度。

14.如权利要求12中所述的方法，进一步包括操作温度控制装备以管理所述一个或多个DUT的温度。

15.如权利要求12中所述的方法，进一步包括通过用户接口接收用户输入，所述用户输入选择所述一个或多个DUT中的一个用于表征，并通过所述连接将用户输入发送到功率设备。

16.如权利要求15中所述的方法，进一步包括在功率设备中设置开关以选择所述一个或多个DUT中的一个。

17.如权利要求12中所述的方法，其中，控制到所述一个或多个DUT的信号以执行静态或动态表征之一包括执行所述一个或多个DUT的动态表征。

18.如权利要求17中所述的方法，其中，执行动态表征包括在所述一个或多个DUT中的一个上执行双脉冲测试序列。

19.如权利要求12中所述的方法，其中，控制到所述一个或多个DUT的信号以执行静态或动态表征之一包括执行所述一个或多个DUT的静态表征。

20.如权利要求19中所述的方法，其中，执行所述一个或多个DUT的静态表征包括向所述一个或多个DUT中的一个施加信号以输出一个或多个电流-电压曲线。

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