使用新型MEMS開關加快測試能力並提升系統生產力

作者：ADI 產品行銷經理Richard Houlihan, 產品應用工程師Naveen Dhull , 和 IC設計工程師Padraig Fitzgerald

摘要

先進的數位文書處理器IC要求透過單獨的DC參數和高速數位自動測試設備(ATE)測試，以達到質量保證要求，帶來很大的成本和組織管理挑戰。本文介紹 ADGM1001 SPDT MEMS開關如何助力一次性通過單插入測試，以協助進行DC參數測試和高速數位測試，從而降低測試成本，簡化數位/RF單晶片系統(SoC)的測試流程。

ATE挑戰

半導體市場正不斷發展，為5G數據機IC、影像處理IC和中央處理IC等先進的處理器提供速度更快、密度更高的晶片間通訊。在如此複雜性不斷提高、需要更高輸送量的形勢下，保證品質成為如今的ATE設計人員面臨的終極挑戰。一個關鍵方面是：發射器(Tx)/接收器(Rx)通道數量不斷增加，需要進行高速數位和DC參數測試。這些挑戰導致半導體測試越來越複雜，如果不加以解決，會導致測試時間更長、負載板更複雜和測試輸送量下降。而在現代ATE環境中，會導致營運成本(OPEX)增加，產出降低。

要解決這些ATE挑戰，需要使用能在DC頻率和高頻率下運行的開關。ADGM1001能傳輸真正的0 Hz DC訊號，以及高達64 Gbps的高速訊號。這讓我們得以建構高效的單一測試平台（一次插入），可配置為測試DC參數標準和高速數位通訊標準，例如PCIe Gen 4/5/6、PAM4和USB 4。

如何測試HSIO接腳？

在高量能生產環境中測試高速輸入輸出(HSIO)介面是一大挑戰。驗證HSIO介面的一種常見方法是採用高速環迴測試結構。這會將高速測試路徑和DC測試路徑整合在同一個配置中。

要執行高速環迴測試，通常從發射器高速發射一個偽隨機位序列(PRBS)，在負載板或測試板上環迴之後由接收器接收，如圖3（左側）所示。在接收端，對序列進行分析，以計算誤碼率(BER)。

DC參數測試（例如連續性和洩漏測試）在I/O接腳上進行，以確保元件功能正常。要執行這些測試，需要將接腳直接連接到DC儀器上，用該儀器施加電流並測量電壓，以測試故障。

要在DUT I/O上執行高速環迴測試和DC參數測試，可以使用多種方法來測試數位SoC；例如，使用MEMS開關或繼電器，或使用兩種不同類型的負載板，一種用於執行高速測試，另一種用於執行DC測試，這需要兩次插入。

使用繼電器執行高速測試和DC參數測試變得很有挑戰性，因為大多數繼電器的工作頻率不超過8 GHz，因此使用者必須在訊號速度和測試範圍方面做出讓步。此外，繼電器體積大，會佔用很大的PCB面積，這會影響解決方案的尺寸。繼電器的可靠性一直備受關注，它們通常只能支援一千萬個開關週期，這限制了系統的正常執行時間和負載板的壽命。

圖3顯示用於執行高速環迴測試和DC參數測試的兩種插入測試方法。圖3中，左側顯示高速數位環迴測試設定，其中DUT的發射器通過耦合電容接至接收器。圖3右側顯示DC參數測試設定，其中DUT接腳直接連接至ATE測試儀進行參數測試。到目前為止，元件限制使其無法在同一個負載板上同時提供高速環迴功能和DC測試功能。

與兩次插入測試相關的挑戰

• 管理兩套硬體：用戶必須維護和管理進行DC和環迴測試所需的兩套負載板。使得成本大幅增加，尤其是在測試大量元件時。
• 延長測試時間，增加測試成本：兩次插入測試表示每個DUT必須測試兩次，因此每次測試的索引時間將增加一倍，最終會增加測試成本，並明顯影響測試輸送量。
• 測試時間優化：使用兩套硬體時，測試時間無法優化。如果一個元件導致第二次插入失敗，成本會進一步增加。第一次插入則會浪費測試儀時間。
• 更易出現操作錯誤：由於每個DUT都要測試兩次，出現操作錯誤的幾率也會翻倍。
• 解決方案設定× 2：兩種測試插入方法涉及兩組硬體，使得硬體設定時間翻倍。
• 組織管理成本：兩次插入測試，表示需要移動更多元件。需要在兩個測試儀之間，甚至兩個測試室之間移動元件，帶來了規劃和組織管理挑戰。

ADI的DC至34 GHz開關技術如何利用切換密度解決兩次插入問題

ADI的34 GHz MEMS開關技術採用小巧的5 mm × 4 mm × 0.9 mm LGA封裝，提供高速數位測試功能和DC測試功能，如圖4所示。要執行高速數位測試，來自發射器的高速訊號經由開關，路由傳輸回到接收器，在解碼之後，進行BER分析。要執行DC參數測試，該開關將接腳連接到DC ATE測試儀進行參數測試，例如連續性和洩漏測試，以確保元件功能正常。在執行DC參數測試期間，MEMS開關並提供與ATE進行高頻通訊的選項，可以滿足某些應用的需求。

圖5顯示高速數位測試解決方案，分別使用繼電器和使用ADGM1001 MEMS開關進行比較。使用MEMS開關時，解決方案的尺寸比使用繼電器時縮減近50%，這是因為ADGM1001採用5 × 4 × 0.9 mm LGA封裝，比典型的繼電器小20倍。PCIe Gen 4/5、PAM4、USB 4和SerDes等高頻標準驅動多個發射器和接收器通道，這些通道需要緊密排布在PCB上，但不能增加佈局複雜性，以消除通道與通道之間的差異。為了滿足這些不斷發展的高頻標準要求，MEMS開關在負載板設計中提供緻密和增強功能以執行數位SoC測試。

繼電器尺寸通常很大，只能提供有限的高頻性能。其利用增強緻密來支援更高的頻率標準，例如PCIe Gen 4/5、PAM4、USB 4和SerDes。大多數繼電器的工作頻率不超過8 GHz，在高頻率下具有很高的插入損耗，會影響訊號的完整性並限制測試覆蓋範圍。

ADGM1001簡介

ADGM1001 SPDT MEMS開關在DC至34 GHz頻率範圍內提供卓越的性能。該技術具有超低寄生效應和寬頻寬，開關對高達64 Gbps訊號的影響很小，並且通道偏斜、抖動和傳播延遲都比較低，可實現高保真資料傳輸。其在34 GHz時提供1.5 dB的低插入損耗和3 Ω低R_ON。提供69 dBm的良好線性度，可以處理高達33 dBm的RF功率。採用5 mm × 4 mm × 0.95 mm小型塑膠SMD封裝，提供3.3 V電源和簡單的低壓控制介面。所有這些特性使ADGM1001非常適合ATE應用，支援透過單次測試插入實現高速數位測試和DC參數測試，如圖4所示。

ADGM1001易於使用，為接腳23提供3.3 V V_DD即可運行。但是，V_DD可以使用3.0 V至3.6 V電壓。開關可以透過邏輯控制介面（接腳1至接腳4）或透過SPI介面進行控制。實現元件功能所需的所有被動元件都整合在封裝內，易於使用並且節省板空間。圖8所示為ADGM1001的功能框圖。

使用ADGM1001實現單次插入測試的優勢

• 卓越的高速和DC性能：實現從DC到34 GHz的寬頻寬是現今業界面臨的挑戰。ADGM1001的插入損耗、線性度、RF功率處理和R_ON等關鍵參數在DC到34 GHz範圍內都具有卓越的性能。
• 降低營運成本：

• 減少硬體數量：單次插入測試只需使用一套測試硬體；因此，使用者無需投資購買兩套硬體和測試設備，可以大幅降低營運成本。
• 測試儀的執行時間：相較於繼電器，ADGM1001支援1億個迴圈週期，提供卓越的可靠性，可延長測試儀的執行時間，最終降低營運成本。

• 提高測試輸送量：ADGM1001允許使用單次插入測試，將索引時間減少一半，這會大幅縮短測試時間，提供更高的測試輸送量和資產利用率。
• 密集解決方案，因應未來：ADGM1001提供更高的緻密度和增強功能。MEMS開關技術提供可靠的路線圖，適用於DC至高頻運行開關，且與不斷發展的技術完全保持一致。
• 降低組織管理成本：使用單次插入方法時，需要移動的元件數量更少，可以降低組織管理成本和規劃難度。
• 減少組件移動：使用單次插入測試方法時，DUT只需一次插入進行測試，減少了元件移動，最終可降低發生操作錯誤的機率。

結論

ADGM1001正在推動DC至34 GHz開關技術的發展，使得組合使用高速數位和DC參數解決方案進行SoC測試成為可能。其有助於縮短測試時間，改善電路板設計佈局（實現更高的DUT數量和輸送量），並延長執行時間（提高可靠性）。

ADGM1001是ADI MEMS開關系列的新產品，繼續推動滿足高速SoC測試需求。ADI的MEMS開關技術擁有可靠的發展路線並支援DC至高頻開關功能，可滿足未來技術需求。歡迎持續關注ADI MEMS開關技術的未來更新。