CN116106608A - 一种测试源表及测试系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种测试源表及测试系统，涉及WAT测试技术领域。在该测试源表中，切换矩阵单元与闭环单元连接，闭环单元中至少设置有多个模块接地，且接地方式为浮地；切换矩阵单元集成设置于源表板上；设置于闭环单元中的模块至少包括：驱动电路模块、FPGA、电流模数转换模块、电压模数转换模块、电流反馈模块、电压采样及反馈模块。由此可知，闭环单元中至少设置有多个以浮地的接地方式接地的模块，避免共模分量产生的误差，同时，将切换矩阵单元集成设置于源表板上避免了由于过多引入开关切换设备，在设备与设备之间存在过多引线以及过长的信号传输路径带来的输出误差和噪声，满足测试结果的精度并避免过长传输路径带来的输出误差和噪声。
Description
技术领域
本申请涉及WAT测试技术领域，特别是涉及一种测试源表及测试系统。
背景技术
随着半导体行业的快速发展，半导体厂家对器件测试的需求越来越多，精度要求也越来越高。在某些产品的测试应用中，对测试的源电流、电压、信号要求极高，其需要将电流输出精度需要达到百fA，电压精度达到5nv以下，以及LCR或DMM等高精度信号在同一个点上切换输出。在现有的测试源表中，由于过多引入开关切换设备，在设备与设备之间存在过多引线以及过长的信号传输路径必然会对这些信号带来输出误差和噪声。
鉴于上述存在的问题，寻求如何满足测试结果的精度并避免过长传输路径带来的输出误差和噪声是本领域技术人员竭力解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种测试源表及测试系统，用于满足测试结果的精度并避免过长传输路径带来的输出误差和噪声。
为解决上述技术问题，本申请提供一种测试源表，包括：切换矩阵单元、闭环单元；
切换矩阵单元与闭环单元连接，闭环单元中至少设置有多个模块接地，且接地方式为浮地；切换矩阵单元集成设置于源表板上；设置于闭环单元中的模块至少包括：驱动电路模块、FPGA、电流模数转换模块、电压模数转换模块、电流反馈模块、电压采样及反馈模块。
优选地，设置于闭环单元中的模块的连接方式为：
FPGA分别与电流模数转换模块、电压模数转换模块和驱动电路模块连接，电流模数转换模块与电流反馈模块连接，电压模数转换模块与电压采样及反馈模块连接。
优选地，还包括：第一级隔离变压器、第二级隔离变压器、交流电源；
交流电源与第一级隔离变压器的一端连接，用于直接驱动第一级隔离变压器；第一级隔离变压器的另一端与第二级隔离变压器的一端连接，第二级隔离变压器的另一端与闭环单元连接。
优选地，闭环单元还包括：线性放大器；
线性放大器包括：第一开关管、第二开关管；
第一开关管的驱动端与第二开关管的驱动端连接，第一开关管的第一端作为线性放大器的一端与第一级隔离变压器连接，第一开关管的第二端与第二开关管的第一端连接，第二开关管的第二端作为线性放大器的另一端与切换矩阵单元连接
优选地，闭环单元还包括：电流采样电阻矩阵单元；
电流采样电阻矩阵单元的一端与线性放大器的另一端连接，电流采样电阻矩阵单元的另一端与切换矩阵单元连接。
优选地，还包括：信号隔离器；
信号隔离器的一端与具有SPI接口的通讯设备连接，信号隔离器的另一端与FPGA连接。
优选地，还包括：整流电路；
整流电路的一端与第二级隔离变压器的另一端连接，整流电路的另一端与闭环单元连接。
优选地，闭环单元还包括：DAC；
DAC的一端与FPGA连接，DAC的另一端与驱动电路模块连接。
优选地，DAC的个数至少为2个。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种测试系统，包括：上述全部的测试源表。
本申请所提供的一种测试源表，包括：切换矩阵单元、闭环单元。切换矩阵单元与闭环单元连接，闭环单元中至少设置有多个模块接地，且接地方式为浮地；切换矩阵单元集成设置于源表板上；设置于闭环单元中的模块至少包括：驱动电路模块、FPGA、电流模数转换模块、电压模数转换模块、电流反馈模块、电压采样及反馈模块。由此可知，闭环单元中至少设置有多个以浮地的接地方式接地的模块，避免了共模分量产生的误差，同时，将切换矩阵单元集成设置于源表板上避免了由于过多引入开关切换设备，在设备与设备之间存在过多引线以及过长的信号传输路径带来的输出误差，此时实现了满足测试结果的精度并避免过长传输路径带来的输出误差和噪声。
本申请还提供了一种测试系统，效果同上。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种测试源表的结构框图。
其中，10为切换矩阵单元，11为闭环单元，12为驱动电路模块，13为FPGA，14为电流模数转换模块，15为电压模数转换模块，16为电流反馈模块，17为电压采样及反馈模块，18为第一级隔离变压器，19为第二级隔离变压器，20为交流电源，21为线性放大器，22为电流采样电阻矩阵单元，23为信号隔离器，24为通讯设备，25为整流电路，26为DAC。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。
本申请的核心是提供一种测试源表及测试系统，其能够满足测试结果的精度并避免过长传输路径带来的输出误差和噪声。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
图1为本申请实施例所提供的一种测试源表的结构框图，如图1所示，该测试源表，包括：切换矩阵单元10、闭环单元11。切换矩阵单元与闭环单元连接，闭环单元中至少设置有多个模块接地，且接地方式为浮地；切换矩阵单元集成设置于源表板上；其中，各设置于闭环单元中的模块的连接方式为：FPGA13分别与电流模数转换模块14、电压模数转换模块15和驱动电路模块12连接，电流模数转换模块14与电流反馈模块16连接，电压模数转换模块15与电压采样及反馈模块17连接。
首先需要说明的是，本申请所提及的测试源表主要用于晶圆可接受性测试(WaferAccept Test，WAT)。同时为了能够使得所有通道的信号输出纹波达到同相的效果，从而实现通道之间的相对输出纹波较小的效果，还需要设置交流电源，且一般将该交流电源设置为19.5kHz的110V电源，此外，该交流电源可以直接驱动隔离变压器，无需调制电路，能够在设置有多个测试源表时，共用一个电源，进一步实现全部通道的信号输出纹波达到同相的效果，从而实现通道之间的相对输出纹波较小的效果。具体实施方式为：交流电源20与第一级隔离变压器18的一端连接，用于直接驱动第一级隔离变压器18；第一级隔离变压器18的另一端与第二级隔离变压器19的一端连接，第二级隔离变压器19的另一端与闭环单元连接。需要说明的是，第一级隔离变压器主要有两个用途，第一：控制由两个三极管构成的线性放大器使用的功率交流电源；第二：控制第二级隔离变压器的控制交流电源；需要说明的是，隔离变压器只能用于交流转交流，还需要在其后边设置整流电路25，用于将第二级隔离变压器输出的交流电压转换为直流模拟控制电源。其中，整流电路的连接方式为：整流电路的一端与第二级隔离变压器的另一端连接，整流电路的另一端与闭环单元连接。同时，可以理解是，本申请中所提及的整流电路即为市场上不断更新迭代的整流电路，可以使用最基本的整流电路结构，还可以是最新的整流电路(不考虑技术更新的年代，该测试源表都能应用整流电路)。本申请所提供的一种测试源表，包括：切换矩阵单元、闭环单元。切换矩阵单元与闭环单元连接，闭环单元中至少设置有多个模块接地，且接地方式为浮地；切换矩阵单元集成设置于源表板上；设置于闭环单元中的模块至少包括：驱动电路模块、FPGA、电流模数转换模块、电压模数转换模块、电流反馈模块、电压采样及反馈模块。由此可知，闭环单元中至少设置有多个以浮地的接地方式接地的模块，避免了共模分量产生的误差，同时，将切换矩阵单元集成设置于源表板上避免了由于过多引入开关切换设备，在设备与设备之间存在过多引线以及过长的信号传输路径带来的输出误差，此时实现了满足测试结果的精度并避免信号带来的输出误差。
本申请所提供的一种测试源表，包括：切换矩阵单元、闭环单元。切换矩阵单元与闭环单元连接，闭环单元中至少设置有多个模块接地，且接地方式为浮地；切换矩阵单元集成设置于源表板上；设置于闭环单元中的模块至少包括：驱动电路模块、FPGA、电流模数转换模块、电压模数转换模块、电流反馈模块、电压采样及反馈模块。由此可知，闭环单元中至少设置有多个以浮地的接地方式接地的模块，避免了共模分量产生的误差，同时，将切换矩阵单元集成设置于源表板上避免了由于过多引入开关切换设备，在设备与设备之间存在过多引线以及过长的信号传输路径带来的输出误差，此时实现了满足测试结果的精度并避免信号带来的输出误差。在本实施例中切换矩阵单元设置三个开关，分别为通过AUX接口、HF接口、GNDU接口控制的三个开关。
在上述实施例的基础上，作为一种更优选的实施例，闭环单元还包括：线性放大器21；该线性放大器包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2；第一开关管的驱动端与第二开关管的驱动端连接，第一开关管的第一端作为线性放大器的一端与第一级隔离变压器连接，第一开关管的第二端与第二开关管的第一端连接，第二开关管的第二端作为线性放大器的另一端与切换矩阵单元连接。可以理解的是，当此处提及的两个开关管均为MOS管时，其驱动端即为MOS管栅极，其第一端以及第二端可以根据具体实施方式确定为源极或漏极中的一种。同时，闭环单元还包括：电流采样电阻矩阵单元22；其具体连接方式为：电流采样电阻矩阵单元的一端与线性放大器的另一端连接，电流采样电阻矩阵单元的另一端与切换矩阵单元连接。可以理解的是，虽然线性放大器和电流采样电阻矩阵单元均设置于闭环单元中，但线性放大器和电流采样电阻矩阵单元不以浮地的方式接地。
同时，还需要说明的是，由于闭环单元中至少设置有多个模块接地，且接地方式为浮地；设置于闭环单元中的模块至少包括：驱动电路模块、FPGA、电流模数转换模块、电压模数转换模块、电流反馈模块、电压采样及反馈模块。此时，上述多个模块的地电位参考于线性输出点(电流采样电阻矩阵单元的上方)，不与大地相通。其中，尤其需要说明的是，电流反馈模块也属于浮地的接地方式，其地电位参考点也是线性输出点，因此电流反馈模块中的采集电路无共模误差问题。若电流反馈模块的地电位与电流采样电阻有较大电位差，势必会导致共模误差，从而无法实现百fA的电流精度。同时，其中，电压采样及反馈模块中采样的电压为输出点(电流采样电阻矩阵单元与切换矩阵单元之间的电压采样点)与大地之间的压差，但此时将电压采样及反馈模块以浮地的方式接地后，是参考于浮地电位的信号，从而进一步实现百fA的电流精度。
其具体还可以说明为：电流采样一般都是使用运放的差分输入结构，差分输出会有差模分量和共模分量的叠加，采样电阻两端的差值为差模分量，采样电阻到电流反馈模块的地之间的电位差为共模分量，此电位差越大，共模分量对差分输出的影响就越大，所以采用浮地，将电流反馈电路的地浮在采样电阻的上端，此时能够实现百fA的电流精度。同时，该测试源表能够使用数字闭环的方式进行控制，也支持使用模拟闭环的方式进行控制，为了避免外界干扰，在电流采样电阻矩阵单元到输出，全程都需要用Guard对输出信号进行保护。Guard在电路上是一个保护性的走线或叫做屏蔽的定义，它包裹着我们需要保护的微弱信号，小电流等，这样外界的干扰会被Guard吸收，从而不会影响到源表输出的小电流，在实际使用时，源表内部需要做Guard，测试源表输出的连线以及被测件附近都需要连Guard。另外由于将切换矩阵单元集成在源表板上，可使源表的高精度输出以最短的距离和最小的误差送到被测器件，以实现测试源表的高精度测试。
在上述实施例的基础上，作为一种更优选的实施例，还包括：信号隔离器23；信号隔离器的一端与具有串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)的通讯设备24连接，信号隔离器的另一端与FPGA连接。同时，闭环单元还包括：DAC26；DAC的一端与FPGA连接，DAC的另一端与驱动电路模块连接，且DAC的个数至少为2个。因FPGA的地不与大地相通，故其与外部具有SPI接口的通讯设备进行通讯时需有信号隔离器。两个DAC一般设置为14位的DAC，这样的两个14位的DAC通过电路组合成28位的DAC使用，以用于提高整个设计的输出分辨率。其中，SPI接口是一种同步外设接口，它可以使单片机与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，一般来说，外围设备包括闪存(Flash EERROM memory，Flashmemory)，网络控制，LCD显示驱动器，其中，液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)，模数转换器和微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)等等。同时，需要说明的是，信号隔离器还用于接收同步信号。
当使用数字闭环的方式进行控制时，通过具有SPI接口的通讯设备发送给FPGA目标值等信息，FPGA通过模数转换读回来的值，与目标值进行比较计算，驱动DAC，从而改变输出，同时，FPGA不停的回读模数转换器，不停的将回读值与目标值进行比较计算并通过DAC输出，从而使输出达到目标值，此时实现的闭环是以数字闭环实现的。
由于目前进行WAT测试的用户所选用的测试源表均为国外采购，价格昂贵，货期很长，且能够达到百fA精度的也寥寥无几。当使用这些高精度测试源表时，必须使用开关矩阵，来将高精度信号切换至所需要的被测器件上，导致信号回路长，经过的设备多，给信号带来误差影响。而本申请中的测试源表能够同时实现提高测试源表精度以及降低误差。
额外需要说明的是，利用SPI接口可以在软件的控制下构成各种系统。如一个主控制器和几个从控制器、几个从控制器相互连接构成多主机系统(分布式系统)、一个主控制器和一个或几个从I/O设备所构成的各种系统等。在大多数应用场合，可以使用一个主控制器作为主控机来控制数据，并向一个或几个从外围器件传送该数据。从器件只有在主控机发命令时才能接收或发送数据，其数据的传输格式是高位(MSB)在前，低位(LSB)在后。单主系统只有一台主控制器，其他均为从控制器。
SPI系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件接口，它只需4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线(MISO)、主机输出/从机输入数据线(MOSI)和低电平有效的从机选择线(NSS)。MISO：主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。SCK：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入。NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。它的功能是用来作为片选引脚，让主设备可以单独地与特定从设备通信，避免数据线上的冲突。
SPI是一个环形总线结构，由NSS、SCK、MISO、MOSI构成，NSS引脚设置为输入，MOSI引脚相互连接，MISO引脚相互连接，数据在主和从之间串行地传输(MSB位在前)。
SPI有主动方式(主模式)和从动方式(从方式)两种工作方式。在主模式下，SPI为其他节点的SPICLK引脚提供串行时钟，数据从输出引脚(该输出引脚一般为SPISIMO)输出，从输入引脚(该输入引脚一般为SPISOMI)输入。具体的过程为：主控制器写入数据到寄存器后便启动发送，数据从SPITXBUF传送到SPIDAT中再通过SPISIMO引脚发送出去，先发送最高位；同时，主控制器接收到的数据通过SPISOMI引脚移入寄存器SPIDAT的最低位。当选定数量的位数发送完时，整个数据发送完毕，紧接着接收完毕(通过SPISIMO引脚发送的SPIDAT的数据最高位每移出一位后就会从SPISOMI引脚移人一位到SPIDAT最低位)。首先将接收到的数据传送到寄存器SPIRXBUF，并进行右对齐，供中央处理器读取。在从动方式下，数据从SPISOMI引脚移出并由SPISIMO引脚移入。SPICLK引脚作为串行移位时钟的输入。为了接收数据，SPI等待网络主控制器送出的SPICLK信号，然后它将SPISIMO引脚上的数据移入到SPIDAT寄存器。如果从控制器同时也发送数据，则必须在SPICLK信号开始之前把数据写入到SPIRXBUF或SPIDAT寄存器中。
本申请还提供了一种测试系统，包括上述全部的测试源表并能够使用上述提及的对测试源表的应用方法。且还需要说明的是，在本实施例中的测试系统能够实现与测试源表同样的技术效果，具体为：在设置有切换矩阵单元、闭环单元的测试源表中，切换矩阵单元与闭环单元连接，闭环单元中至少设置有多个模块接地，且接地方式为浮地；切换矩阵单元集成设置于源表板上；设置于闭环单元中的模块至少包括：驱动电路模块、FPGA、电流模数转换模块、电压模数转换模块、电流反馈模块、电压采样及反馈模块。由此可知，闭环单元中至少设置有多个以浮地的接地方式接地的模块，避免了共模分量产生的误差，同时，将切换矩阵单元集成设置于源表板上避免了由于过多引入开关切换设备，在设备与设备之间存在过多引线以及过长的信号传输路径带来的输出误差，此时实现了满足测试结果的精度并避免过长传输路径带来的输出误差和噪声。
以上对本申请所提供的一种测试源表及测试系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种测试源表，其特征在于，包括：切换矩阵单元(10)、闭环单元(11)；
所述切换矩阵单元(10)与所述闭环单元(11)连接，所述闭环单元(11)中至少设置有多个模块接地，且接地方式为浮地；所述切换矩阵单元(10)集成设置于源表板上；设置于所述闭环单元(11)中的模块至少包括：驱动电路模块(12)、FPGA(13)、电流模数转换模块(14)、电压模数转换模块(15)、电流反馈模块(16)、电压采样及反馈模块(17)。
2.根据权利要求1所述的测试源表，其特征在于，设置于所述闭环单元(11)中的所述模块的连接方式为：
所述FPGA(13)分别与所述电流模数转换模块(14)、所述电压模数转换模块(15)和所述驱动电路模块(12)连接，所述电流模数转换模块(14)与所述电流反馈模块(16)连接，所述电压模数转换模块(15)与所述电压采样及反馈模块(17)连接。
3.根据权利要求1所述的测试源表，其特征在于，还包括：第一级隔离变压器(18)、第二级隔离变压器(19)、交流电源(20)；
所述交流电源(20)与所述第一级隔离变压器(18)的一端连接，用于直接驱动所述第一级隔离变压器(18)；所述第一级隔离变压器(18)的另一端与所述第二级隔离变压器(19)的一端连接，所述第二级隔离变压器(19)的另一端与所述闭环单元(11)连接。
4.根据权利要求3所述的测试源表，其特征在于，所述闭环单元(11)还包括：线性放大器(21)；
所述线性放大器(21)包括：第一开关管、第二开关管；
所述第一开关管的驱动端与所述第二开关管的驱动端连接，所述第一开关管的第一端作为所述线性放大器(21)的一端与所述第一级隔离变压器(18)连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端作为所述线性放大器(21)的另一端与所述切换矩阵单元(10)连接。
5.根据权利要求3所述的测试源表，其特征在于，所述闭环单元(11)还包括：电流采样电阻矩阵单元(22)；
所述电流采样电阻矩阵单元(22)的一端与所述线性放大器(21)的另一端连接，所述电流采样电阻矩阵单元(22)的另一端与所述切换矩阵单元(10)连接。
6.根据权利要求1所述的测试源表，其特征在于，还包括：信号隔离器(23)；
所述信号隔离器(23)的一端与具有SPI接口的通讯设备(24)连接，所述信号隔离器(23)的另一端与所述FPGA(13)连接。
7.根据权利要求3所述的测试源表，其特征在于，还包括：整流电路(25)；
所述整流电路(25)的一端与所述第二级隔离变压器(19)的另一端连接，所述整流电路(25)的另一端与所述闭环单元(11)连接。
8.根据权利要求2所述的测试源表，其特征在于，所述闭环单元(11)还包括：DAC(26)；
所述DAC(26)的一端与所述FPGA(13)连接，所述DAC(26)的另一端与所述驱动电路模块(12)连接。
9.根据权利要求8所述的测试源表，其特征在于，所述DAC(26)的个数至少为2个。
10.一种测试系统，其特征在于，包括：权利要求1至9任意一项所述的测试源表。
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2023
- 2023-02-21 CN CN202310145785.0A patent/CN116106608A/zh active Pending
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