基于新型MEMS開關提高SoC測試能力及系統產出

先進的數字處理器IC要求通過單獨的DC參數和高速數字自動測試設備(ATE)測試，以達到質保要求。這帶來了很大的成本和組織管理挑戰。本文將介紹ADGM1001 SPDT MEMS開關如何助力一次性通過單插入測試，以幫助進行DC參數測試和高速數字測試，從而降低測試成本，簡化數字/RF片上系統(SoC)的測試流程。

ATE挑戰

半導體市場在不斷發展，為5G調制解調器IC、圖像處理IC和中央處理IC等先進的處理器提供速度更快、密度更高的芯片間通信。在這種復雜性不斷提高、需要更高吞吐量的形勢下，保證質量成為當前ATE設計人員面臨的終極挑戰。其中一個關鍵性問題是：發射器(Tx)/接收器(Rx)通道數量不斷增加，需要進行高速數字和DC參數測試。這些挑戰令半導體測試越來越復雜，如果不加以解決，會導致測試時間更長、負載板更復雜和測試吞吐量下降。而在現代ATE環境中，也會致使運營費用(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0Hz DC信號，以及高達64Gbps的高速信號。這讓人們得以構建高效的單個測試平臺（一次插入），可配置為測試DC參數標準和高速數字通信標準，例如PCIe Gen 4/5/6、PAM4和USB 4。

圖2.ADGM1001眼圖，32Gbps（RF1至RFC，包含參考波形，使用的偽隨機測試碼PRBS 215-1）。

如何測試HSIO引腳？

在高產量生產環境中測試高速輸入輸出(HSIO)接口是一大挑戰。驗證HSIO接口的一種常見方法是采用高速環回測試結構。這會將高速測試路徑和DC測試路徑集成在同一個配置中。

要執行高速環回測試，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回之后由接收器接收，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)。

圖3.兩種插入測試方法的示意圖

DC參數測試（例如連續性和泄漏測試）在I/O引腳上進行，以確保器件功能正常。要執行這些測試，需要將引腳直接連接到DC儀器上，用該儀器施加電流并測量電壓，以測試故障。

要在DUT I/O上執行高速環回測試和DC參數測試，可以使用多種方法來測試數字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，一種用于執行高速測試，另一種用于執行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8GHz，因此用戶必須在信號速度和測試范圍方面做出讓步。此外，繼電器體積大，會占用很大的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，它們通常只能支持1000萬個開關周期，這限制了系統的正常運行時間和負載板的壽命。

圖3顯示用于執行高速環回測試和DC參數測試的兩種插入測試方法。圖3中，左側顯示高速數字環回測試設置，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參數測試設置，其中DUT引腳直接連接至ATE測試儀進行參數測試。到目前為止，受組件限制，還無法在同一個負載板上同時提供高速環回功能和DC測試功能。

與兩次插入測試相關的挑戰

?管理兩套硬件：用戶必須維護和管理進行DC和環回測試所需的兩套負載板。這使成本大幅增加，尤其是在測試大量器件時。

?延長測試時間，增加測試成本：兩次插入測試意味著每個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，并顯著影響測試吞吐量。

?測試時間優化：使用兩套硬件時，測試時間無法優化。如果一個器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：由于每個DUT都要測試兩次，出現操作錯誤的幾率也會翻倍。

?解決方案設置× 2：兩種測試插入方法涉及兩組硬件，使得硬件設置時間翻倍。

?組織管理成本：兩次插入測試，意味著需要移動更多組件。需要在兩個測試儀之間，甚至兩個測試室之間移動組件，帶來了規劃和組織管理挑戰。

如何利用出色密度解決兩次插入問題

ADI的34GHz MEMS開關技術采用小巧的5mm × 4mm × 0.9mm LGA封裝，提供高速數字測試功能和DC測試功能，如圖4所示。要執行高速數字測試，來自發射器的高速信號經由開關，路由傳輸回到接收器，在解碼之后，進行BER分析。要執行DC參數測試，該開關將引腳連接到DC ATE測試儀進行參數測試，例如連續性和泄漏測試，以確保器件功能正常。在執行DC參數測試期間，MEMS開關還提供與ATE進行高頻通信的選項，可以滿足某些應用的需求。

圖4.ADGM1001支持高速數字測試和DC測試（只突出顯示P通道）

圖5顯示高速數字測試解決方案，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采用5 × 4 × 0.9mm 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，但不能增加布局復雜性，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的要求，MEMS開關在負載板設計中提供致密和增強功能，以便執行數字SoC測試。

圖5.分別使用繼電器和ADGM1001的環回解決方案比較

繼電器尺寸通常很大，只能提供有限的高頻性能。它們利用增強致密來支持更高的頻率標準，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8GHz，在高頻率下具有很高的插入損耗，會影響信號的完整性并限制測試覆蓋范圍。

ADGM1001簡介

ADGM1001 SPDT MEMS開關在DC至34GHz頻率范圍內提供出色的性能。該技術具有超低寄生效應和寬帶寬，開關對高達64Gbps信號的影響很小，并且通道偏斜、抖動和傳播延遲都比較低，可實現高保真數據傳輸。它在34GHz時提供1.5dB的低插入損耗和3?低RON。它提供69dBm的良好線性度，可以處理高達33dBm的RF功率。它采用5mm × 4mm × 0.95mm小型塑料SMD封裝，提供3.3V電源和簡單的低壓控制接口。所有這些特性使ADGM1001非常適合ATE應用，支持通過單次測試插入實現高速數字測試和DC參數測試，如圖4所示。

圖6.ADGM1001 RF性能

圖7.封裝類型：5mm × 4mm × 0.9mm 24引腳LGA封裝

ADGM1001易于使用，為引腳23提供3.3V VDD即可運行。但是，VDD可以使用3.0V至3.6V電壓。開關可以通過邏輯控制接口（引腳1至引腳4）或通過SPI接口進行控制。實現器件功能所需的所有無源組件都集成在封裝內，易于使用并且節省板空間。圖8所示為ADGM1001的功能框圖。

圖8.ADGM1001功能框圖

使用ADGM1001實現單次插入測試的優勢

?出色的高速和DC性能：實現從DC到34GHz的寬帶寬是當今行業面臨的挑戰。ADGM1001的插入損耗、線性度、RF功率處理和RON等關鍵參數在DC到34GHz范圍內都具有出色的性能。

?降低運營費用：

減少硬件數量：單次插入測試只需使用一套測試硬件；因此，用戶無需投資購買兩套硬件和測試設備，可以大幅降低運營費用。

測試儀的運行時間：與繼電器相比，ADGM1001支持1億個循環周期，提供出色的可靠性，可延長測試儀的運行時間，最終降低運營費用。

?提高測試吞吐量：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，提供更高的測試吞吐量和資產利用率。

?密集解決方案，面向未來：ADGM1001提供更高的致密度和增強功能。MEMS開關技術提供可靠的路線圖，適用于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，需要移動的組件數量更少，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，減少了組件移動，最終可降低發生操作錯誤的幾率。

結論

ADGM1001正在推動DC至34GHz開關技術的發展，使得組合使用高速數字和DC參數解決方案進行SoC測試成為可能。它有助于縮短測試時間，改善電路板設計布局（實現更高的DUT數量和吞吐量），并延長運行時間（提高可靠性）。

ADGM1001是ADI MEMS開關系列的新產品，可滿足高速SoC測試需求。ADI的MEMS開關技術擁有可靠的發展路線，支持DC至高頻的開關功能，適合面向未來的技術需要。