利用新型MEMS开关提高测试能力和系统生产力

作者：Richard Houlihan， Naveen Dhull ， and Padraig Fitzgerald

先进的数字处理器 IC 需要单独的直流参数和高速数字自动测试设备 （ATE） 通道才能保证质量。这带来了巨大的成本和物流挑战。本文介绍ADGM1001 SPDT MEMS开关如何促进直流参数和高速数字测试的单次插入测试，从而降低测试成本并简化数字/RF片上系统（SoC）测试的物流。

自动应用电子产品测试挑战

半导体市场正在不断发展，为5G调制解调器IC、图形IC和中央处理IC等先进处理器提供更高速、更高密度的芯片间通信。在日益增加的复杂性和对更高吞吐量的需求中确保质量是当今ATE设计人员面临的终极挑战。一个关键方面是发射器（Tx）/接收器（Rx）通道数量的增加，这需要高速数字和直流参数测试。这些 挑战 正在 推动 半导体 测试 的 复杂 性， 不 解决 这些 挑战 会导致 测试 时间 增加、 负载 板 复杂 性 增加 以及 测试 吞吐量 降低。反过来，这将增加运营费用 （OPEX） 并降低现代 ATE 环境中的生产力。

为了解决这些ATE挑战，需要一种在直流和高频下工作的开关。ADGM1001可以传递真正的0 Hz直流信号和高达64 Gbps的高速信号。这可实现高效的单次测试平台（一次插入），该平台可配置为测试直流参数和高速数字通信标准，如 PCIe Gen 4/5/6、PAM4 和 USB 4。

图2.32 Gbps 的 ADGM1001 眼图（RF1 到 RFC 带参考迹线，模式使用 PRBS 215-1）。

如何测试HSIO引脚？

在大批量制造环境中测试高速输入输出 （HSIO） 接口是一项挑战。验证 HSIO 接口 的 常见 方法 是 实现 高速 环 回 测试 架构。这将高速和直流测试路径整合到一个配置中。

为了执行高速环回测试，通常伪随机位序列（PRBS）从发射器高速发送，并在负载板或测试板上环回后在接收器端接收，如图3（左侧）所示。在接收器端，分析序列以计算误码率（BER）。

直流参数测试，如连续性和泄漏测试，在I/O引脚上执行，以确保器件功能正常。为了执行这些测试，需要将引脚直接连接到直流仪器，其中施加电流并测量电压以测试故障。

为了在DUT I/O上执行高速环回测试和直流参数测试，有几种方法可用于测试数字SoC;例如，使用MEMS开关或继电器，或使用两种不同类型的负载板，一种用于高速测试，另一种用于直流测试，这需要两次插入。

使用继电器执行高速测试和直流参数测试变得具有挑战性，因为大多数继电器的工作频率不会超过8 GHz，因此用户必须在信号速度和测试覆盖范围方面做出妥协。此外，继电器尺寸大，PCB面积大，影响解决方案尺寸。可靠性始终是继电器关注的问题，因为它们通常只能持续 1000 万次开关周期，这限制了系统正常运行时间和负载板寿命。

图3显示了执行高速环回测试和直流参数测试的双插入测试方法。在图3中，左侧显示了高速数字环回测试设置，其中DUT的发射器通过耦合电容连接回接收器。图3右侧是直流参数测试设置，其中DUT引脚直接连接到ATE测试仪进行参数测试。到目前为止，由于组件的限制，还不可能在同一负载板上同时具有高速环回和直流测试功能。

图3.双插入测试方法图示。

与两次测试插入相关的挑战

管理两组硬件：用户必须维护和管理直流和环回测试所需的两组负载板。这大大增加了开销，尤其是在测试大量零件时。

更高的测试时间和更高的测试成本：两次测试插入意味着每个 DUT 必须测试两次，因此每次测试期间的索引时间将加倍，这最终会增加测试成本并显着影响测试吞吐量。

测试时间优化：当涉及两组硬件时，无法优化测试时间。如果零件在第二次插入失败，将产生更多成本。第一次插入将浪费测试仪的时间。

更容易出现人为错误：由于每个 DUT 都经过两次测试，因此人为错误的风险增加了一倍。

解决方案设置× 2： 两次测试插入方法涉及两组硬件，这使硬件设置时间加倍。

物流开销：这两个测试插入需要更多的组件移动。它 需要 在 测试 系统 之间 以及 可能 在 测试 室 之间 移动 组 件， 这 给 规划 和 后勤 带来 挑战。

ADI公司的直流至34 GHz开关技术如何以优异的密度解决双插入问题

ADI公司的34 GHz MEMS开关技术提供高速数字和直流测试功能，采用5 mm×4 mm×0.9 mm LGA小型封装，密度高，如图4所示。为了执行高速数字测试，来自发射器的高速信号通过开关并路由回接收器，解码后分析BER。对于参数直流测试，开关将引脚连接到直流ATE测试仪，在那里执行参数测试，如连续性和泄漏测试，以确保器件功能。在参数直流测试期间，MEMS开关还提供与ATE进行高频通信的选项，这是某些应用所必需的。

图4.ADGM1001支持高速数字和直流测试（仅突出显示P通道）。

图5所示为高速数字测试解决方案，比较继电器和ADGM1001 MEMS开关的使用。MEMS开关提供的解决方案比继电器解决方案小近50%，因为ADGM1001采用5 ×4 ×0.9 mm LGA封装，比典型继电器小20×。PCIe Gen 4/5、PAM4、USB 4 和 SerDes 等高频标准驱动多个发射器和接收器通道，这需要强烈的 PCB 致密化，而不会出现任何布局复杂性，以减轻通道间的差异。为了满足这些不断发展的高频标准的需求，MEMS开关在数字SoC测试的负载板设计中提供了高度的致密化和增强的功能。

图5.比较继电器与ADGM1001提供的环回解决方案。

继电器通常很大，高频性能有限。他们努力支持更高频率的标准，如 PCIe Gen 4/5、PAM4、USB 4 和具有增强致密化的 SerDes。大多数继电器的工作频率不会超过8 GHz，它们在高频下的插入损耗很差，会影响信号完整性并限制测试覆盖范围。

ADGM1001简介

ADGM1001 SPDT MEMS开关提供从直流到34 GHz的同类领先性能。 由于该技术具有超低寄生效应和宽带宽，该开关对高达 64 Gbps 的信号影响最小，并提供最小的通道偏斜、抖动和传播延迟，从而实现高保真数据传输。它在 34 GHz 时提供 1.5 dB 的低插入损耗和低 R上通常为 3 Ω。它具有 69 dBm 的出色线性度，可处理 33 dBm 的高射频功率。它采用小型 5 mm × 4 mm × 0.95 mm 塑料 SMD 封装，具有 3.3 V 电源和简单的低压控制接口。所有这些特性使ADGM1001成为ATE应用的理想选择，可在单次测试插入中实现高速数字和直流参数测试功能，如图4所示。

图6.ADGM1001射频性能。

ADGM1001易于使用。可以通过应用 V 来操作DD3.3 V 至引脚 23。然而，VDD工作电压范围为3.0 V至3.6 V。然后可以通过逻辑控制接口（引脚1至引脚4）或通过SPI接口正常控制开关。器件功能所需的所有无源元件都集成在封装内，便于使用并节省电路板空间。图8显示了ADGM1001的功能框图。

ADGM1001在支持单次插入测试方面的优势

卓越的高速和直流性能：实现从DC到34 GHz的宽带宽是当今行业面临的挑战。ADGM1001在插入损耗、线性度、RF功率处理和R等关键参数领域提供从直流至34 GHz的领先性能。

降低运营成本：

硬件缩减：单个插入测试需要单个测试硬件;因此，用户无需投资两套硬件和测试设备，从而大大降低了运营成本。

测试仪正常运行时间：与继电器相比，ADGM1001提供1亿个周期，具有出色的可靠性，并延长了测试仪的正常运行时间，最终降低了OPEX。

改进了整个测试：ADGM1001支持使用单次插入测试，将索引时间缩短一半，从而显著缩短测试时间，提高测试吞吐量和资产利用率。

密集的解决方案和面向未来的产品：ADGM1001具有改进的致密化和增强的功能。MEMS开关技术具有强大的路线图，服务于从直流到高频的开关，并且完全符合不断发展的技术。

降低物流成本：单次插入方法需要较少的组件移动，从而降低了物流成本并减轻了计划过载。

更少的组件移动：在单次插入测试方法中，DUT仅在单次插入中进行测试，从而减少了组件移动并最终降低了人为错误的风险。

结论

ADGM1001正在将开关技术从直流推进到34 GHz，使高速数字和直流参数解决方案相结合，用于SoC测试。其功能可缩短测试时间，改善电路板空间（从而提高DUT数量和吞吐量），并延长正常运行时间（提高可靠性）。

ADGM1001是ADI公司MEMS开关系列的最新成员，继续推进高速SoC测试的需求。ADI公司的MEMS开关技术具有强大的路线图，可提供从直流到高频的开关功能，以满足未来的技术需求。

审核编辑：郭婷