测试相关术语
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三．测试系统
测试系统称为
ATE
，由电子电路和机械硬件组成，是由同一
个主控制器指
挥下的电源、计量仪器、信号发生器、模式（
pa
ttern
）生成器和其他硬件项目的
集合体，
用于模仿被测器件将会在应用中体验到的操作条件，
以发现不合格的产
品。
测试系
统硬件由运行一组指令
（测试程序）
的计算机控制，
在测试时提供合
适的电压、电流、时序和功能状态给
DUT
并监测
DUT
的响应，对比每
次测试
的结果和预先设定的界限，做出
pass
或
fail
的判断。
测试系统的内脏
图
2-1
显示所有数字测试系统都含有
的基本模块，虽然很多新的测试
系统包含了更多的硬件，但这作为起点，我们还是拿它来
介绍。
“CPU”
是系统的控制中心，这里的
CPU
不同
于电脑中的中央处理器，
它由控制测试系统的计算机及数据输入输出通道组成。
许多新的测试系统提
供一个网络接口用以传输测试数据；计算机硬盘和<
/p>
Memory
用来存储本地数
据；显示器
及键盘提供了测试操作员和系统的接口。
< br>DC
子系统包含有
DPS
（
Device Power Supplies
，器件供电单元）、
RVS
（
Reference
Voltage Supplies
，参考电压源）、
PMU<
/p>
（
Precision Measurement
Unit
，精密测量单元）。
DPS
为被测器件的电源管脚提供电压和电流；
RVS
为系统
内部管脚测试单元的驱动和比较电路提供逻辑
0
和逻辑
1
电平提供参
考电压，这些电压设置包括：
VIL
、
VIH
、
VOL
和
VOH
。性能稍逊的或者老
一点的测试系统只有有限的
RVS
，
因而同一时间测试程序只能提供少量的输
入
和输出电平。
这里先提及一个概念，
“
tester pin
”
，
也叫做
“
tester channel
”
，
它是一种探针，和
Loadboard
背面的
Pad
接触为被测器件的管脚提供信
号。
当测试机的
pins
共享某一资源
，
比如
RVS
，
则此资源称为
“
Shared Resource
”
。
一些测试系统称拥有“
per pin
”的结构，就是说它们可以为每一个
pin<
/p>
独立
地设置输入及输出信号的电平和时序。
DC
子系统还包含
PMU
（精密测量单元，
Precision Measurement Un
it
）电
路以进行精确的
DC
参数测试，一些系统的
PMU
也是
per
pin
结构，安装在
测试头（
Test
Head
）中。（
PMU
我们将在后面
进行单独的讲解）
每个测试系统都有高速的存储器——称为“
pattern
memory
”或“
vector
m
emory
”——去存储测试向量（
vector
或
pattern
）。
Te
st pattern
（注：本人
驽钝，一直不知道这个
pattern
的准确翻译，很多译者将其直译为“模式”，
我认为有点欠妥，实际上它就是一个二维的真值表；将“
test pa
ttern
”翻译
成“测试向量”吧，那“
vector
”又如何区别？呵呵，还想听听大家意见）
描
绘了器件设计所期望的一系列逻辑功能的输入输出的状态，测试系统从
pattern
memory
中读取输入信号或者叫驱动信号（
Drive
）的
pattern
状态，通
过
tester pin
输送给待测器件的相应管脚
；
再从器件输出管脚读取相应信号的
状态，与
< br>pattern
中相应的输出信号或者叫期望（
Expe
ct
）信号进行比较。进
行功能测试时，
pattern
为待测器件提供激励并监测器件的输出，如果器件输
< br>入与期望不相符，则一个功能失效产生了。有两种类型的测试向量——并行
向量和
扫描向量，大多数测试系统都支持以上两种向量。
Timin
g
分区存储有功能测试需要用到的格式、掩盖（
mask
）和时序设置
等数据和信息，信号格式（波形）和时间沿标识定义了输
入信号的格式和对
输出信号进行采样的时间点。
Timing<
/p>
分区从
pattern memory
那
里接收激励状
态（“
0
”或者“
1
”），结合时序及信号格式等信息，生成格式化的数据送
给电路的驱动部分，进而输送给待测器件。
Special Tester Options
部分包含一些
可配置的特殊功能，如向量生成器、
存储器测试，或者模拟电路测试所需要的特殊的硬件
结构。
The Systen Clocks
为测试系统提供同步的时钟信号，这些信号通常运行
在比功能测试要高得多的频
率范围；
这部分还包括许多测试系统都包含的时
钟校验电路。<
/p>
其他的小模块这里不再赘述，大家基本上可以望文生义，呵呵。
四．
PMU
PMU
（
Precision Measurement Un
it
，精密测量单元）用于精确的
DC
参数测
量，
它能驱动电流进入器件而去量测电压或者为器件加上
电压而去量测产生的电
流。
PMU
的数
量跟测试机的等级有关，低端的测试机往往只有一个
PMU
，同
过
共享的方式被测试通道（
test channel
）逐次使用；中端的则有一组
PMU
，通常
为
8
个或
16
个，
而一组通道往往也是
8
个或
16
个，
这样可以整组逐
次使用；
而
高端的测试机则会采用
pe
r pin
的结构，每个
channel
配置一个
PMU
。
图
2-2.
PMU
状态模拟图
驱动模式和测量模式（
Force and
Measurement Modes
）
在
ATE
中，术语“驱动（
Force
）”描述了测试机应
用于被测器件的一
定数值的电流或电压，
它的替代词是
Apply
，
在半导体测试专业术语中，
Apply
和
Force
都表述同样的意思。
在对
PMU
进行编程时，驱动功能可选
择为电压或电流：如
果选择了电
流，则测量模式自动被设置成电
压；反之，如果选择了电压，则测量模式自
动被设置成电流。一旦选择了驱动功能，则相
应的数值必须同时被设置。
驱动线路和感知线路（
Force and Sense
Lines
）
Sense lines
应该就是用
于感知或者叫测量
Force
所给与的信号的。
为了提升
PMU
驱动电压的精确度，常使用
4
条线路的结构：两条驱动
线路传输电流，
另两条感知线路监测我们感兴趣的点
（通常是
DUT
）
的电压。
这缘于欧姆定律，
大家知道，任何线路都有电阻，当电流流经线路会在其两
端产生压降，这样我们给到
DUT
端的电压往往小于我们在程序中设置的参
数。
设置两根
独立的（不输送电流）感知线路去检测
DUT
端的电压，反馈<
/p>
给电压源，电压源再将其与理想值进行比较，并作相应的补偿和修正，以消
除电流流经线路产生的偏差。驱动线路和感知线路的连接点被称作“开尔文
连接
点”。
量程设置（
Range
Settings
）
PMU
的驱动和测量范围在编程时必须被选定，合适的量程设定
将保证
测试结果的准确性。需要提醒的是，
PMU
的驱动和测量本身就有就有范围
的限制，
驱动的范围
取决于
PMU
的最大驱动能力，
如果程
序中设定
PMU
输
出
< br>5V
的电压而
PMU
本身设定为
输出
4V
电压的话，最终只能输出
4V
的电
压。
同理，
如果电流测量的量程被设定为
1mA
，
则无论实际电路中电流多大，
能测到的读数不会超过
1mA<
/p>
。
< br>值得注意的是，
PMU
上无论是驱动的范围还是测量的量
程，在连接到
DUT
的时候都不应该再发生变化。这种范围或量
程的变化会引起噪声脉冲
（浪涌），是一种信号电压值短时间内的急剧变化产生的瞬间高
压，类似于
ESD
的放电，会对
DUT
造成损害。
边界设置（
Limit
Settings
）
PMU
有上限和下限这两个可编程的测量边界，它们可以单独使
用（如
某个参数只需要小于或大于某个值）或者一起使用。实际测量值大于上限或
小于下限的器件，均会被系统判为不良品。
钳制设置（
Clamp
Settings
）
大多数
PMU
会被测试程序设置钳制电
压和电流，钳制装置是在测试期
间控制
PMU
< br>输出电压与电流的上限以保护测试操作人员、测试硬件及被测器件
的电路。
图
2-2.
电流钳制电路模拟图
当
PMU
用于输出电压时，测试期间必须设定最大输出电流钳制。驱动电压时，
PM
U
会给
予足够的必须的电流用以支持相应的电压，对
DUT
的某个管脚，测试机的驱动单元会不断
增加
电流以驱动它达到程序中设定的电压值。如果此管脚对地短路（或者对其他源短路），
而
我们没有设定电流钳制，
则通过它的电流会一直加大，
直到相关
的电路如探针、
ProbeCard
、
相邻
DUT
甚至测试仪的通道全部烧毁。
图
2-3
显示
PMU
驱动
5.0V
电压施加到
250ohm
负载的情况，在实
际的测试中，
DUT
是阻抗性负载，从欧姆定律
I=U/R
我们知道，其上将会通过
20mA
的电流。器件的规格书
可能定义可接受的最大电流为
25mA
，
这就意味着我们程序中此电流上限边界将会被设
置为
25mA
，
而钳制电流可以设置为
30mA
。