资源描述
集成电路测试系统集成电路测试系统集成电路测试系统原理ATEDUT电源电源通道通道-I/ODPSPindriver驱动驱动输入比较器输入比较器PMUADCDAC模拟信号输入模拟信号输入模拟信号输入模拟信号输入2.1 连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试2.2 电源测试：电源测试：DC参考和电压调节器参考和电压调节器2.3 阻抗测试阻抗测试2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试2.5 DC电源抑制比与电源抑制比与DC共模抑制比共模抑制比2.6 比较器比较器DC测试与数字电路测试与数字电路DC测试测试2.7 测量精度与校准测量精度与校准2.1.1 连接性测试连接性测试（1）目的）目的 如果不进行连接性测试，则生产人员就不能区分坏批次的硅片和如果不进行连接性测试，则生产人员就不能区分坏批次的硅片和有缺陷的测试硬件的连接。若没有连接性测试，由于有缺陷的测试硬件的连接。若没有连接性测试，由于pogo pinpogo pin弯曲弯曲或继电器缺陷，数以千计的好器件可能简单的判断为次品。或继电器缺陷，数以千计的好器件可能简单的判断为次品。 DUTDUTSocketSocketDIBDIB pogo pogo pinpinRELAYRELAYtesttest head head 2.1连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试测试夹具2.1连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试2.1连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试SocketProbe CardPogo pinATE 测试头到测试头到DUT的连接的连接2.1连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试（2）连接性测试技术）连接性测试技术 通常通过芯片上的保护电路通常通过芯片上的保护电路（ESD（Electro-Static discharge） protection circuit)来实现来实现2.1连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试连接性测试技术：施加正或负电流连接性测试技术：施加正或负电流施加施加100A1mA1mA的电流，的电流，VCONT应通常应为应通常应为0.5V0.7V。若。若为为0V，则有短路，若为，则有短路，若为Vclamp，则为开路。，则为开路。2.1连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试（3） 串行与并行连接性测试串行与并行连接性测试串行测试串行测试：一次只测试一个引脚的连接性测试方法一次只测试一个引脚的连接性测试方法，是一种费是一种费时费钱的方法。时费钱的方法。现代现代ATE测试仪能并行地测试所有或大部分引脚的连接性，测试仪能并行地测试所有或大部分引脚的连接性，并并行测试方法更经济，但是不能检测引脚之间的短路行测试方法更经济，但是不能检测引脚之间的短路2.1连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试串行与并行连接性测试串行与并行连接性测试并行：并行：pin TO pin短路？短路？双轮法：双轮法：Dual-pass approach2.1连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试2.1.2 漏电流测试漏电流测试DUT每个输入输出引脚都存在漏电现象，当施加电压到模拟或每个输入输出引脚都存在漏电现象，当施加电压到模拟或数字的高阻输入引脚时，会有少量的电流流入或流出引脚，称数字的高阻输入引脚时，会有少量的电流流入或流出引脚，称为漏电流为漏电流。漏电流典型值。漏电流典型值1 1A A（1）漏电流测试原因：）漏电流测试原因： 检测检测集成电路集成电路处理不当。金属丝引起的短路、颗粒物导处理不当。金属丝引起的短路、颗粒物导致的层间漏电路径等物理缺陷致的层间漏电路径等物理缺陷 过过大大的漏电流可能引起的漏电流可能引起用户终端应用的工作异常。如用户终端应用的工作异常。如DC偏移偏移或其他或其他参数参数的漂移的漂移 过过大大的漏电流的漏电流可使初期工作正常的用户产品，几天或几可使初期工作正常的用户产品，几天或几周后失效，这种早期故障称作周后失效，这种早期故障称作“婴儿死亡婴儿死亡”。2.1连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试（2）漏电流测试技术）漏电流测试技术 通过在通过在DUT输入或输出引脚施加输入或输出引脚施加DC电压，然后测量引脚电压，然后测量引脚流入或流出的小电流来测试漏电流流入或流出的小电流来测试漏电流。典型的漏电测试需要测试两次：一次是输入电压在正电源电典型的漏电测试需要测试两次：一次是输入电压在正电源电压附近测量漏电流，压附近测量漏电流，记作：记作：第二次输入电压在第二次输入电压在地或地或负电源电压附近测量漏电流负电源电压附近测量漏电流，记作：，记作：（输入电（输入电流流，逻辑高），逻辑高）（输入电流，（输入电流，逻辑逻辑低）。低）。数字输入漏电流在有效的输入阈值电压数字输入漏电流在有效的输入阈值电压VIH和和VIL下测试。模下测试。模拟输入的漏电流在数据手册给定的电压下测试，若未给出拟输入的漏电流在数据手册给定的电压下测试，若未给出，则在电压范围的最大和最小值下测试。，则在电压范围的最大和最小值下测试。2.1连接性测试和漏电流测试连接性测试和漏电流测试2.2电源测试：参考电压测试和电源测试：参考电压测试和电源调节测试电源调节测试2.2.1电源测试电源测试（1 1）电源电流测试重要性：）电源电流测试重要性： 快速检测器件故障的方法之一是快速检测器件故障的方法之一是电源电流测量。电源电流测量。 供电电流测量是用户应用对电源消耗限制的保证。供电电流测量是用户应用对电源消耗限制的保证。（2 2）测试条件：最恶劣情况下（模拟带最大负载、数字最大）测试条件：最恶劣情况下（模拟带最大负载、数字最大输出电流逻辑）。输出电流逻辑）。（3 3）测试状态：）测试状态：power-downpower-down、standbystandby、normal operationnormal operation（4 4）模拟与数字电流：）模拟与数字电流：I IDDDD(CMOS)(CMOS)、I ICCCC(bipolar(bipolar）。按模拟和）。按模拟和数字区分为：数字区分为：I IDDADDA、I IDDDDDD和和I ICCACCA、I ICCDCCD。（5 5）多电源引脚：单独测量）多电源引脚：单独测量（6 6）建立时间：）建立时间：5 510ms10ms2.2.1电源测试电源测试 （7 7）去耦电容引起的建立时间和漏电流，大电容应加控制继）去耦电容引起的建立时间和漏电流，大电容应加控制继电器。关机（电器。关机（power-downpower-down）模式下电流测试，断开大电容。）模式下电流测试，断开大电容。2.2电源测试：参考电压测试和电源测试：参考电压测试和电源调节测试电源调节测试2.2.2电源调节电源调节 由稳定性差的、有波动的输入电压产生一个稳定性好的恒由稳定性差的、有波动的输入电压产生一个稳定性好的恒定的输出电压，作为系统其它电路的电源。定的输出电压，作为系统其它电路的电源。主要参数：主要参数：无负载输出电压、输出电压无负载输出电压、输出电压（或（或负载负载）调节率、输调节率、输入电压入电压（或（或线性线性）调节率、输入调节率、输入（或（或纹波纹波）抑制比和回动电压抑制比和回动电压（压差）。（压差）。2.2电源测试：参考电压测试和电源测试：参考电压测试和电源调节测试电源调节测试（1 1）无负载输出电压无负载输出电压：无负载无负载时，时，测量测量其其输出电压输出电压。（2 2）负载调节率（）负载调节率（输出电压输出电压调节率）：指调节器在不同负载调节率）：指调节器在不同负载电流电流 I IL L条件下保持给定输出电压条件下保持给定输出电压V VO O的能力。的能力。2.2电源测试：参考电压测试和电源测试：参考电压测试和电源调节测试电源调节测试（3 3）线性调节率线性调节率（输入电压（输入电压调节率调节率）：）：是指调节器在整个输是指调节器在整个输入电压范围下保持稳定输出电压的能力。入电压范围下保持稳定输出电压的能力。线性调节率线性调节率：输入电压在输入电压在允许的允许的最大范围内变化最大范围内变化时，时，输出电压输出电压变化的百分比。变化的百分比。在最大负载在最大负载电流电流条件下测量线性调节率条件下测量线性调节率。2.2电源测试：参考电压测试和电源测试：参考电压测试和电源调节测试电源调节测试（4 4）输入抑制比输入抑制比（纹波抑制比纹波抑制比） 最大输入电压最大输入电压变化变化与输出电压摆幅的比与输出电压摆幅的比。在特定的频率。在特定的频率120Hz120Hz或频率范围内测试。或频率范围内测试。（5 5）回动电压回动电压（压差）：（压差）：不会引起输出下降到其规定的最小不会引起输出下降到其规定的最小输出电压输出电压时时的最低的最低输入输出输入输出电压电压差。差。测试方法：测试方法：最大负载电流条件下最大负载电流条件下测试。测试。调节输入电压直到输出电压达到最小可接受的电压为止调节输入电压直到输出电压达到最小可接受的电压为止。生产测试生产测试：输入设置为规定的回动电压加上最小可接受输出输入设置为规定的回动电压加上最小可接受输出电压，电压，测量输出测量输出大于大于或等于或等于最小可接受的输出电压最小可接受的输出电压。2.2电源测试：参考电压测试和电源测试：参考电压测试和电源调节测试电源调节测试2.2电源测试：参考电压测试和电源测试：参考电压测试和电源调节测试电源调节测试2.2.3 参考（基准）电压参考（基准）电压 电压调节器通常用于提供稳定的电压，同时也提供相当大电压调节器通常用于提供稳定的电压，同时也提供相当大的电流。然而，许多混合信号所用的的电流。然而，许多混合信号所用的DCDC电压不电压不需要需要提供大电流提供大电流。如如DACDAC的的1V1V参考电压，只需要低功耗的基准电压，不需要高参考电压，只需要低功耗的基准电压，不需要高功耗的电源。功耗的电源。 芯片内基准电压的输出不一定芯片内基准电压的输出不一定可以从可以从DUTDUT外接引脚外接引脚获得获得，测试工程师测试工程师需要特殊的需要特殊的测试模式以便在测试模式以便在生产生产测试中可测试中可以以测量基测量基准电压。准电压。2.2电源测试：电源调节测试和电源测试：电源调节测试和参考电压测试参考电压测试可调基准源可调基准源：许多高性能的混合信号器件要求基准电压许多高性能的混合信号器件要求基准电压通过通过ATEATE测试仪测试仪进行进行精确调节，最常见的方法是采用可编程精确调节，最常见的方法是采用可编程的的基准基准电路电路。2.2电源测试：参考电压测试和电源测试：参考电压测试和电源调节测试电源调节测试2.3阻抗测试阻抗测试（1 1）输入阻抗）输入阻抗Z ZININ：如果输入电压是输入电流的线性函数，那如果输入电压是输入电流的线性函数，那么只需要简单么只需要简单地地施加施加一个一个电压电压V V，同时测量电流，同时测量电流I I，即可计算阻，即可计算阻抗。抗。2.3阻抗测试阻抗测试输入阻抗输入阻抗Z ZININ测量装置：测量装置：例：输入阻抗设置如上图所示，电压源例：输入阻抗设置如上图所示，电压源SRC1设定为设定为2V，流入引脚的电流测量，流入引脚的电流测量值为值为0.055mA，再将，再将SRC1设置为设置为1V，测量输入电流变为测量输入电流变为0.021mA，计算输入，计算输入阻抗？阻抗？解：输入阻抗解：输入阻抗ZIN是是RIN和和DUT电路电路模块输入阻抗的总和：模块输入阻抗的总和：2.3 阻抗测试阻抗测试输出阻抗输出阻抗ZOUT：测量方法与输入阻抗相同。典型的输出阻测量方法与输入阻抗相同。典型的输出阻抗远低于输入阻抗，通常采用加电流测电压的方法测量，然抗远低于输入阻抗，通常采用加电流测电压的方法测量，然而，当输而，当输出出阻抗很高时，还是要用加电压测电流的方法。阻抗很高时，还是要用加电压测电流的方法。例：例：输出阻抗设置如图所示，电输出阻抗设置如图所示，电流流源源SRC1设设定为定为10mA，测量引脚的电压为，测量引脚的电压为1.61V，再将，再将SRC1设置为设置为-10mA，测量的输出电压变为测量的输出电压变为1.42V，总的输出阻抗，总的输出阻抗（ROUT加放大器输出阻加放大器输出阻抗）是多少？抗）是多少？2.3阻抗测试阻抗测试差分阻抗：差分阻抗：是通过施加两个差分电压并测量差分电流变化是通过施加两个差分电压并测量差分电流变化进行测量的进行测量的。例：例：如图所示的差分输出阻抗测量设置如图所示的差分输出阻抗测量设置中，电流源中，电流源SCR1设定为设定为10mA，SCR2设定设定为为-10mA，测量引脚的差分电压为，测量引脚的差分电压为201mV。然后。然后SCR1设定为设定为-10mA，SCR2设定为设定为10mA，测量引脚的差分电压为，测量引脚的差分电压为-199mV，那么差分输出阻抗是多少？，那么差分输出阻抗是多少？2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试（1） VMID与模拟地与模拟地 许多模拟和混合信号集成电路被设计成在单电源电压许多模拟和混合信号集成电路被设计成在单电源电压（VDD和地）下和地）下工作工作，它们生成，它们生成自己的低阻抗电压自己的低阻抗电压（VDD和地之间）和地之间），并作为模拟电路的参考电压，并作为模拟电路的参考电压VMID 。 VMID可能正好位于可能正好位于VDD和地的中间或位于某一个固定值和地的中间或位于某一个固定值，如，如1.35V。有时，参考电压。有时，参考电压VMID可从外部输入。可从外部输入。等效等效2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试（2）直流传输特性直流传输特性（Gain增益与增益与Offset偏移）偏移）理想放大器的输入理想放大器的输入输出输出DCDC传输特性如传输特性如图图所示，输入所示，输入输出变化的是电压，但是输出变化的是电压，但是很容易用电流信号代替。很容易用电流信号代替。但但真实世界很少满足真实世界很少满足ICIC和和系统系统设计设计工程师的要求，放工程师的要求，放大器实际传输特性多少会偏大器实际传输特性多少会偏离理想或期望的曲线离理想或期望的曲线，如，如图图中标注中标注“典型的典型的”的的另一条另一条曲线。曲线。为保证系统正常工作，要确保放大器传输特性在可接受的限制为保证系统正常工作，要确保放大器传输特性在可接受的限制范围内。其中，范围内。其中，Gain（增益）与增益）与Offset（偏移）特别重要。偏移）特别重要。2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试（3）输出偏移电压（）输出偏移电压（VO） 当输入设定为某一固定参考值（通常为模拟地或当输入设定为某一固定参考值（通常为模拟地或VMID)时时理想理想DC输出和实际输出和实际DC输出之间的差值输出之间的差值。 只要输出没有噪声且只要输出没有噪声且DC上没有上没有AC信号成分耦合，输出偏移信号成分耦合，输出偏移就很容易测试。如果噪声很大，就必须采取方法消除就很容易测试。如果噪声很大，就必须采取方法消除DC电平电平上的噪声成分上的噪声成分。 第一种方法是采用低通滤波器过滤第一种方法是采用低通滤波器过滤DC信号，采用信号，采用DC电压表电压表测量滤波器的输出，测量滤波器的输出，ATE设备通常在直流表中设计有低通滤波设备通常在直流表中设计有低通滤波器。器。 第二种方法是第二种方法是采集采集多个读数，然后对测量结果取平均，相当多个读数，然后对测量结果取平均，相当于软件低通滤波器。于软件低通滤波器。2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试（3）输出偏移电压（）输出偏移电压（VO） 有时高灵敏的有时高灵敏的DUT输出会受到输出会受到ATE寄生负载的影响，其输出寄生负载的影响，其输出由于测试仪和连接路径的电容而不稳定或自激振荡由于测试仪和连接路径的电容而不稳定或自激振荡。一些一些ATE仪表的输入电容高达仪表的输入电容高达200pF，可以在，可以在DIB上增加一级缓冲放大上增加一级缓冲放大器将器将DUT和测试仪器隔离。和测试仪器隔离。 测试仪的输入阻抗也可能引起高阻电路测试时的直流漂移。测试仪的输入阻抗也可能引起高阻电路测试时的直流漂移。如下图电路。如下图电路。DUT的的ROUT=100k，测试仪的，测试仪的R RININ=1M=1M。2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试（4）单端、差分、共模偏移：）单端、差分、共模偏移：VO,OS（输出偏移）（输出偏移）：当输入端设置为一特殊的参考电压时当输入端设置为一特殊的参考电压时，输出与理想值得偏差，输出与理想值得偏差。VO,CM（输出共模电压）（输出共模电压）：差分电路两个输出的平均值。：差分电路两个输出的平均值。VO,CM，OS（共模偏移）（共模偏移）：特定输入时，输出共模电压与理想：特定输入时，输出共模电压与理想值得偏差。值得偏差。2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试（4）单端、差分、共模偏移：）单端、差分、共模偏移：例：例：如图所示的单端到差分转换器，电路的两个输出为如图所示的单端到差分转换器，电路的两个输出为OUTP和和OUTN，电路输入施加，电路输入施加1.5V参考参考电压电压VMID，理想输理想输出应为出应为VMID。OUTP和和OUTN的电压分别表示为的电压分别表示为VP和和VN，测测量量得到得到下面两个读数下面两个读数： VP =1.507V， VN =1.497V。期望输期望输出参考电平为出参考电平为VMID =1.5V，计算差分偏移和共模偏移。计算差分偏移和共模偏移。2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试（5）输入偏移电压）输入偏移电压(VIN,OS) 为了为了使使输出电压输出电压恢复恢复到期望的参考电平到期望的参考电平（模拟地或模拟地或VMID），在输入端，在输入端施加的负电压施加的负电压。 如果放大器要求施加如果放大器要求施加+10mV+10mV到它的输入端使得输出电平到到它的输入端使得输出电平到模拟地，模拟地，则则V VIN,OSIN,OS=-10mV=-10mV。 一般一般V VIN,OSIN,OS定义为输出偏移电压定义为输出偏移电压V VO,OSO,OS除以电路增益除以电路增益G G2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试(6)闭环增益闭环增益 当输入当输入输出信号大致处于相同量级时，闭环增益表输出信号大致处于相同量级时，闭环增益表示为示为G，定义为放大器输入，定义为放大器输入输出传输曲线的斜率。输出传输曲线的斜率。增益可以用分贝（增益可以用分贝（dB）表示，从）表示，从V/V转为分转为分贝公式为：贝公式为：2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试（7）开环增益）开环增益（GOL） 从输出到输入没有反馈路径的放大器增益从输出到输入没有反馈路径的放大器增益（开环增益通常（开环增益通常很大，很大，采用前面例子中的直接测量法很难测量开环增益，很采用前面例子中的直接测量法很难测量开环增益，很难找到一个电压施加到运算放大器的输入端而不导致其饱和难找到一个电压施加到运算放大器的输入端而不导致其饱和）测量开环增益方法：测量开环增益方法：可采用第二个运算放大器连接到反馈回可采用第二个运算放大器连接到反馈回路路，第二个放大器称为第二个放大器称为稳稳零放大器零放大器（nulling amplifier)2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试测量开环增益方法：测量开环增益方法：通过通过R2、R1和和DUT运算放大器运算放大器一起形成负反馈，使稳零放大器差分输入为一起形成负反馈，使稳零放大器差分输入为0。使得。使得被测运算放大器的输出为期望的输出电平：被测运算放大器的输出为期望的输出电平：VMID为DC参考点，VSRC1是SRC1程控的DC电压，稳零放大器及其反馈回路补偿了DUT放大器的输入偏移，这样保证DUT输出不会因为自己的输入偏移而饱和。2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试在稳定状态下，反馈给在稳定状态下，反馈给DUT放大器输入的信号放大器输入的信号VIN-DUT直接直接与与稳零稳零放大器输出放大器输出V0-NULL相关：相关：DUT放大器开环增益放大器开环增益（由式（由式3.8、3.9可得）可得）： 为了使测试电路的信号最大而又避免稳零放大器饱和，可为了使测试电路的信号最大而又避免稳零放大器饱和，可选择电压分压比近似等于选择电压分压比近似等于DUT运算放大器开环增益的倒数。运算放大器开环增益的倒数。：2.4 DC偏移和偏移和DC增益测试增益测试2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比（1）DC电源灵敏度（电源灵敏度（PSS）当输入恒定时，电源电压变化引起的输出变化。当输入恒定时，电源电压变化引起的输出变化。例：例：2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比（2）DC电源抑制比（电源抑制比（PSRR） 电路的电源灵敏度除以电路正常工作模式下的闭环增益，电路的电源灵敏度除以电路正常工作模式下的闭环增益，通常针对各个电源电压单独计算。通常针对各个电源电压单独计算。，同一个电路的直流增益为-10.2V/V。2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比（3）共模抑制比（）共模抑制比（CMRR）衡量差分电路抑制输入共模信号（衡量差分电路抑制输入共模信号（VIN,CM）的能力，定义为共）的能力，定义为共模增益模增益GCM除以差分增益除以差分增益GD。VIN,OS可以直接测量，也可以间接测量，如下例：2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比例例:如图所式运算放大器的一个简单如图所式运算放大器的一个简单CMRR测量设置测量设置，测试电路基本上是一个由两输入相连的差分放大，测试电路基本上是一个由两输入相连的差分放大器结构。器结构。VMID设定为设定为1.5V，采用，采用SRC1施加共模输入施加共模输入电压为电压为2.5V，在运算放大器输出端测量的输出电压，在运算放大器输出端测量的输出电压为为1.501V。然后将。然后将SRC1变为变为0.5V，放大器输出电压，放大器输出电压为为1.498V。求运算放大器的。求运算放大器的CMRR是多少？是多少？2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比解：由于在电路输出端进行测量，根据这些测量结果推算出运解：由于在电路输出端进行测量，根据这些测量结果推算出运算放大器的算放大器的，首先求出运算放大器的输入偏移电压，首先求出运算放大器的输入偏移电压V VOSOS所有的电阻相等并完全匹配，所有的电阻相等并完全匹配，因此因此根据测量值得出根据共模抑制比计算公式：根据共模抑制比计算公式：采用这种方法测量运算放大器的采用这种方法测量运算放大器的CMRRCMRR存在一个问题：电阻必须存在一个问题：电阻必须已知且精确的匹配。已知且精确的匹配。CMRRCMRR值为值为-100dB-100dB将要求电阻匹配到将要求电阻匹配到0.0001%0.0001%，在实践中是不现实的。，在实践中是不现实的。2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比例例:如图所示的如图所示的稳稳零零放大器放大器，R1=100,R2=100K,R3=100K,VMID设为两个电源电压的中点设为两个电源电压的中点将将SRC1设设定为定为+2.5V，SRC1和稳零放大器输出之间测量的差和稳零放大器输出之间测量的差分电压为分电压为10mV。然后将。然后将SRC1设定为设定为0.5V，测量的，测量的差分电压变为差分电压变为-12mV。计算运算放大器的。计算运算放大器的CMRR2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比差分增益级的差分增益级的CMRR：运算放大器常常作为集成电路运算放大器常常作为集成电路中大规模电路的一部分，如差分输入放大器。此时，中大规模电路的一部分，如差分输入放大器。此时，运算放大器的运算放大器的CMRR没有整个电路的没有整个电路的CMRR重要。重要。如图如图3.21中的电路，即使放大器的中的电路，即使放大器的CMRR为为-100dB,如果电阻匹配不好，其如果电阻匹配不好，其CMRR也会非常差。差分输入也会非常差。差分输入放大器的放大器的CMRR不仅受到放大器影响，还会受到芯片不仅受到放大器影响，还会受到芯片内部电阻失配的影响。内部电阻失配的影响。2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比例例:图图3.24所示测量增益为所示测量增益为10的差分放大器的的差分放大器的CMRR测试电路测试电路。假设电阻没有进行匹配，两个输入连接到共模电压源。假设电阻没有进行匹配，两个输入连接到共模电压源SRC1，其输出设定为，其输出设定为2.5V，在，在DUT输出端测量电压为输出端测量电压为1.501V。然。然后将后将SRC1设定为设定为0.5V，第二次测量的，第二次测量的DUT输出电压为输出电压为1.498V，采用，采用3.4.6节描述的方法测量节描述的方法测量DUT电路的差分增益，电路的差分增益，求得增益为求得增益为10.2V/V。计算。计算CMRR。2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比解：由于计算的共模增益为：差分增益GD为10.2V/V共模抑制比为：2.5 电源抑制比与共模抑制比电源抑制比与共模抑制比作业练习：作业练习：3.21，3.222.6 比较器比较器DC测试与数字电路测试与数字电路DC测试测试（1）比较器的输入偏移电压）比较器的输入偏移电压 使得比较器输出逻辑状态改变的差分输入电压。使得比较器输出逻辑状态改变的差分输入电压。 可以采用差分输入电压按线性斜率从一个电压到可以采用差分输入电压按线性斜率从一个电压到另一个电压变化，寻找比较器输出状态改变的电压点另一个电压变化，寻找比较器输出状态改变的电压点。这个转换点也取决于共模输入电压。这个转换点也取决于共模输入电压。 输入偏移电压通常在器件测试方案中的最坏条件下输入偏移电压通常在器件测试方案中的最坏条件下测试测试2.6 比较器比较器DC测试与数字电路测试与数字电路DC测试测试（2）比较器的阈值电压）比较器的阈值电压有时，一个固定的参考电压加到比较器的一个输入端，形成有时，一个固定的参考电压加到比较器的一个输入端，形成一个限幅电路。输入偏移电压称为阈值电压（门限）。一个限幅电路。输入偏移电压称为阈值电压（门限）。 假设期望的阈值电压位于假设期望的阈值电压位于1.45V1.45V1.55V1.55V 之间，之间，SRC1SRC1输入输入电压从电压从1.45V1.45V变化到变化到1.55V1.55V。当输入等于阈值电压时，输出状态。当输入等于阈值电压时，输出状态发生改变。发生改变。2.6 比较器比较器DC测试与数字电路测试与数字电路DC测试测试（3）比较器的迟滞线性）比较器的迟滞线性上升输入测试条件与下降输入测试条件上升输入测试条件与下降输入测试条件下，下，阈值电压之差阈值电压之差例例: :如图所示的比较器连接到两个电源电压如图所示的比较器连接到两个电源电压SRC1SRC1和和SRC2SRC2。SRC2SRC2设定设定为为1.5V1.5V，SRC1SRC1从从1.45V1.45V以以1mV1mV的步进上升到的步进上升到1.55V1.55V。当输出逻辑从。当输出逻辑从LOLO变为变为HIHI时，测量差分输入电压，输入偏移电压为时，测量差分输入电压，输入偏移电压为5mV5mV。然后，输入。然后，输入从从1.55V1.55V下降到下降到1.45V1.45V，输入偏移电压为，输入偏移电压为-3mV-3mV。该比较器的迟滞是。该比较器的迟滞是多少？多少？值得注意的是值得注意的是:输入偏移电输入偏移电压和迟滞可能随着不同的压和迟滞可能随着不同的共模输入电压而变化，在共模输入电压而变化，在特征化测试过程中，应该特征化测试过程中，应该确定最坏测试条件确定最坏测试条件2.6 比较器比较器DC测试与数字电路测试与数字电路DC测试测试（4）数字电路）数字电路DC测试：测试：IIH/IIL 3.1节（书节（书3.2.2）中已讨论过输入漏电流，可设置）中已讨论过输入漏电流，可设置为高阻模式的数字输出也有输入漏电流。为高阻模式的数字输出也有输入漏电流。（5）数字电路数字电路DC测试：测试：VIH/VIL 数字输入高压（数字输入高压（VIH）和数字输入低压和数字输入低压（VIL）是数）是数字输入的阈值（门限）电压。可采用二分法搜索（字输入的阈值（门限）电压。可采用二分法搜索（binary search)或步踞搜索法或步踞搜索法(step search)寻找其值寻找其值。（6）数字电路数字电路DC测试：测试：VOH/VOL VOH是当输出为高时的最小电压，是当输出为高时的最小电压，VOL是当输出为是当输出为低时的最大电压。通常可以采用静态或动态两种方式低时的最大电压。通常可以采用静态或动态两种方式测试。测试。2.6 比较器比较器DC测试与数字电路测试与数字电路DC测试测试（7）数字电路）数字电路DC测试：测试：IOH/IOL IOH是当是当DUT引脚输出为高时的输出电流，引脚输出为高时的输出电流，IOL是当是当DUT引脚输出为低时的输入电流。通常二极管桥电路引脚输出为低时的输入电流。通常二极管桥电路施加相应的施加相应的IOH/IOL。（8）数字电路数字电路DC测试：测试：IOSH/IOSL 数字输出通常具有电流限制特性以实现输出引脚数字输出通常具有电流限制特性以实现输出引脚的短路保护。当输出引脚短接到地或电源时，保护电的短路保护。当输出引脚短接到地或电源时，保护电流会限制流入或流出引脚的电流。流会限制流入或流出引脚的电流。 IOSH是将输出设置为高，短接到地，测量其电流。是将输出设置为高，短接到地，测量其电流。 IOSL是是将输出设置为低，短接到高电压（通常为将输出设置为低，短接到高电压（通常为VDD，测量其电流。，测量其电流。2.6 比较器比较器DC测试与数字电路测试与数字电路DC测试测试2.7 测量精度与校准测量精度与校准精确性：精确性：测量的平均值和一个已知的测量的平均值和一个已知的“真实值真实值”的标的标准样本之间的差。测试仪器与绝对标准的抑制程度通准样本之间的差。测试仪器与绝对标准的抑制程度通常表示为读数的百分比或测量范围（满量程）的百分常表示为读数的百分比或测量范围（满量程）的百分比。比。准确性：准确性：采用相同的测量条件对同一采样重复测量获采用相同的测量条件对同一采样重复测量获得的测量系统的变化。得的测量系统的变化。随机误差随机误差：由于在测定过程中一系列有关因素微小的由于在测定过程中一系列有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。2.7 测量精度与校准测量精度与校准精确性：精确性：测量的平均值和一个已知的测量的平均值和一个已知的“真实值真实值”的标的标准样本之间的差。准样本之间的差。准确性：准确性：采用相同的测量条件对同一采样重复测量获采用相同的测量条件对同一采样重复测量获得的测量系统的变化。得的测量系统的变化。系统误差系统误差：是从一个测量到另一个测量一致出现的误是从一个测量到另一个测量一致出现的误差差随机误差随机误差：由于在测定过程中一系列有关因素微小的由于在测定过程中一系列有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。设一个放大器输出与理想值0V相比出现100mV的偏移量。采用数字万用表重复测量获得一系列测量结果：2.7 测量精度与校准测量精度与校准分辨率（量化误差）：分辨率（量化误差）：量化误差是由量化误差是由ADC产生的从一产生的从一个无限可变化（连续）输入电压（或电流）转换成一个无限可变化（连续）输入电压（或电流）转换成一个可能数字（离散）输出的有限集。个可能数字（离散）输出的有限集。2.7 测量精度与校准测量精度与校准可重复性：可重复性：用来调试混合模拟测试程序的大部分时间用来调试混合模拟测试程序的大部分时间可能花费在捕捉差的可重复性的各种来源。可能花费在捕捉差的可重复性的各种来源。稳定性：稳定性：测量仪器的性能随着时间、温度和湿度的变测量仪器的性能随着时间、温度和湿度的变化而改变，即一系列测量随着时间、温度、湿度和其化而改变，即一系列测量随着时间、温度、湿度和其他所有随时间变化的因素而保持稳定的能力，是对精他所有随时间变化的因素而保持稳定的能力，是对精确测量仪器的一个基本要求确测量仪器的一个基本要求相关性：相关性：相关性是采用不同硬件或软件获得相同测试相关性是采用不同硬件或软件获得相同测试的能力。相关性并不完美，根据经验公式，相关误差的能力。相关性并不完美，根据经验公式，相关误差小于最小测试下限和最大测试上限之间满量程的小于最小测试下限和最大测试上限之间满量程的 。可再生产性：可再生产性：是在一个给定的是在一个给定的DUT上再任意时间采用上再任意时间采用设备和人员结合达到同样测试结果的能力设备和人员结合达到同样测试结果的能力2.7 测量精度与校准测量精度与校准 校准：校准：每台每台ATE测试仪和台式仪最终必须要和核心权威机构测试仪和台式仪最终必须要和核心权威机构定制的标准相关定制的标准相关校准分为硬件校准和软件校准校准分为硬件校准和软件校准:硬件校准硬件校准：是一个物理上是一个物理上“拧旋钮拧旋钮”的调整过程，这个过程使的调整过程，这个过程使得测试仪被调整到与校准标准一致的水平。例如示波器得测试仪被调整到与校准标准一致的水平。例如示波器探头探头经经常带有一个常带有一个可调电容可调电容，可以用来消除迅速上升的数字沿的过冲，可以用来消除迅速上升的数字沿的过冲。模拟仪表的调零旋钮等。模拟仪表的调零旋钮等。软件校准：软件校准：ATE测试仪可在不用调整任何物理旋钮的情况下纠测试仪可在不用调整任何物理旋钮的情况下纠正硬件误差，软件校准的基本思想是使仪器的理想操作从它的正硬件误差，软件校准的基本思想是使仪器的理想操作从它的非理想状态中分离处理，在非理想行为非理想状态中分离处理，在非理想行为“纠正之后纠正之后”，采用软，采用软件中写的数学程序，可构造仪器的非理想操作模型。件中写的数学程序，可构造仪器的非理想操作模型。2.7 测量精度与校准测量精度与校准软件校准：软件校准：（a）采用一个理想伏特计和级联中的非理想元）采用一个理想伏特计和级联中的非理想元模型化伏特计；模型化伏特计；（b）采用软件程序校准非理想效应）采用软件程序校准非理想效应2.7 测量精度与校准测量精度与校准软件校准：软件校准：（a）中“实际”的伏特计可模型化为两部分级联：（1）一个理想的伏特计，（2）一个连接它的输入端电压与理想伏特计测量电压 电压的黑盒子f(x)表示Vmeasured和VDUT 与 之间的函数关系，所以假设一个特殊行为模型，如给出一阶模型： G和offset 分别表示伏特计的增益和偏移，软件中写的数学程序完成反函数运算操作：2.7 测量精度与校准测量精度与校准软件校准：软件校准：用Vcalibrated代替 Vmeasured作为图（b）伏特计两端真实电压的估计，如果精确知道f(x)，那么充分描述这个模型特性的参考电压个数取决于这个模型的参数。对于一阶模型，有两个参数G和offset，需要两个参考电压。伏特计中包含了一对校准继电器，把输入连接到两个独立的参考电平Vref1和Vref2 ，在系统校准过程中，测试仪关闭一个继电器并连接伏特计到Vref1上，测量这个电压记作 Vmeasured1，随后，第二个参考电压 Vref2重复以上过程并记录读数 Vmeasured2。2.7 测量精度与校准测量精度与校准软件校准：软件校准：基于伏特计假设的线性模型，可写出两个未知方程:求出两个模型参数为：模型参数G和offset被看做校准因数，简称cal因数。当进行DC测量时，可以通过下面存储的校准因素来纠正：2.7 测量精度与校准测量精度与校准聚焦校准：聚焦校准：聚焦校准就是测试程序在最开始制定的测聚焦校准就是测试程序在最开始制定的测试方法，该过程在系统自动校准之后，试方法，该过程在系统自动校准之后，DUT测试完成测试完成之前执行。之前执行。采取聚焦校准的原因：采取聚焦校准的原因： 聚焦校准就是把精确的标准从一个聚焦校准就是把精确的标准从一个ATE工具（如高工具（如高精度伏特计）传送到另一个精度稍低的工具上。精度伏特计）传送到另一个精度稍低的工具上。 再者聚焦校准也可以用于把再者聚焦校准也可以用于把ATE的精确标准传送到的精确标准传送到未校准的电路上，如未校准的电路上，如DIB缓冲放大器或偏上测试电缓冲放大器或偏上测试电路。路。 最后聚焦校准还可以用来存储那些需要至少测量最后聚焦校准还可以用来存储那些需要至少测量一次但是并不是每个一次但是并不是每个DUT都需要测量的值，通过都需要测量的值，通过对这种值的单次测量，然后在接下来的测试执行对这种值的单次测量，然后在接下来的测试执行过程中重复使用，可以充分减少测试时间。过程中重复使用，可以充分减少测试时间。测量AC增益的源端与测量端信号通道2.7 测量精度与校准测量精度与校准聚焦校准机制：聚焦校准机制：聚焦校准过程随着测量类型（增益、偏置、时域等）聚焦校准过程随着测量类型（增益、偏置、时域等）的不同而不同，而校准的基本概念在任何情况下都一的不同而不同，而校准的基本概念在任何情况下都一样，校准的目的在于测量源端和测量通道的非理想特样，校准的目的在于测量源端和测量通道的非理想特性，然后利用软件调节器从测量结果中提取这些特性性，然后利用软件调节器从测量结果中提取这些特性。2.7 测量精度与校准测量精度与校准聚焦校准机制：聚焦校准机制：（a）级联信号增益偏置特性；（b）级联相位偏移特性；（c）级联延迟特性2.7 测量精度与校准测量精度与校准聚焦校准机制：聚焦校准机制：系统校准和聚焦校准框图2.7 测量精度与校准测量精度与校准直流偏置校准：直流偏置校准：测试工具或电路偏置的测量可以通过测试工具或电路偏置的测量可以通过将它的输入设置在中间电平，然后通过观察输出相对将它的输入设置在中间电平，然后通过观察输出相对于理想情况的偏置。于理想情况的偏置。例：一个AWG需要在2.5V直流偏置的情况下产生一个单峰值为1.0V的正弦波。设置AWG偏置规格为10mV，但是对这次测量我们需要精度为1mV的输入偏置。测试仪有一个高精度的DC伏特计，当将其设置为5.0V范围内时，该伏特计会有100uV的误差。试确定从AWG得到1mV直流偏置所需的校准过程。2.7 测量精度与校准测量精度与校准假设论输出是否有真的有正弦波，AWG都有相同的偏置，利用这一假设，可以通过产生并装载一个2.5V的短波样品将AWG设置为2.5V的直流。calibrate_AWG_offset() /*Run this routine only once, before testing DUTs*/int i;float waveform32;for(i=O;i32;i+)waveformi=2.5;configure_AWG_to_state_XYZ( );load_and_start_AWG- waveform(waveform,32);set meter input =AWG;OffsetCal =read_meter() - 2.5V; /* i.e. actual offset - ideal offset */在这个伪代码例子中，全局变量OffsetCal是一个校准因子，它所包含的内容在两次程序的执行期间是不变的。要从AWG产生一个已校准的波形，当计算出实际要得到的DUT信号（由2.5V偏置的正弦波），从期望信号上减掉这一偏置2.7 测量精度与校准测量精度与校准calculate_and_load_calibrated_waveform( )int i;float waveform256;for(i=O;i256;i+)waveformi=(2.5V-OffsetCal) + sin(2.0*PI*i/256);configure_AWG_to_state_XYZ( );load_a nd_start_AWG_waveform (waveform ,256);/* . Now measure OUT response */波形结果应该有一个非常接近2.5V的偏置。当然，校准的精度在于我们实际DUT测量计划用到校准测量时把AWG设置到严格相同条件下一般在测量DC偏置的时候，ATE测试仪上的DC伏特计精度要比AWG或数字化仪的精度高。AWG和数字化仪可能在不同的采样频率、滤波器设置等情况下产生不同的DC偏置，通过使用DC伏特计来测量特定条件下的AWG性能，而无需针对每种可能的设置而校准AWG情况下把仪表的精度传输到AWG上。2.7 测量精度与校准测量精度与校准直流增益和偏置校准：直流增益和偏置校准：假设电路的输入输出DC特性由一阶线性方程描述：通过采用两个DC输入电压（VIN1和VIN2）并测量相应的输出电压（VOUT1和VOUT2）来推导两个未知参数（G和offset），接下来通过下面公式计算增益和偏置了：或2.7 测量精度与校准测量精度与校准直流增益和偏置校准：直流增益和偏置校准：假设电路的输入输出DC特性由一阶线性方程描述：通过采用两个DC输入电压（VIN1和VIN2）并测量相应的输出电压（VOUT1和VOUT2）来推导两个未知参数（G和offset），接下来通过下面公式计算增益和偏置了：或输入输出变量的性质并不需要只用伏特来表示，可以用更适当的LSB来表示。2.7 测量精度与校准测量精度与校准直流增益和偏置校准：直流增益和偏置校准：例如一个DIB电路可能是输出用LSB而不是用伏特表示的ADC，因此它的增益就用每伏特的位数来表示，偏置就用位数表示。那么DIB电路或测量工具的增益和偏置误差就可以用反函数方程来修正：我们很少准确地知道某个电路的输入和输出信号的功能，因此对误差的修正实际上只是对正确值的一个估计，为此我们引入一个叫做校准信号的新变量VCALBRATEDVIN，并记为：增益和偏置就会被作为我校准因子存储为全局变量以备后面使用该方程。2.7 测量精度与校准测量精度与校准级联直流偏置和增益校准：级联直流偏置和增益校准：一系列被单独校准的电路一系列被单独校准的电路或仪器也可以通过综合被单独校准的因素而被共同校或仪器也可以通过综合被单独校准的因素而被共同校准准例如一个电压缓冲器的输入输出行为可被模拟为数字化仪也可以用一阶线性方程模拟现在，如果两个级联，VIN-DIG=VBUF ，综合表现为:2.7 测量精度与校准测量精度与校准级联直流偏置和增益校准：级联直流偏置和增益校准：因此，我们可认为这个综合电路有GDIGGBUF的增益和GDIGoffsetBUF+offsetDIG的偏置，校准方程为：可以很简单的讲这种方法拓展到更多级联的情况。例如，包括3层的级联电路，三个输入输出增益分别为G1、G2、G3，偏置分别为O1、O2、O3，总的增益偏置为：作业作业3.1. The output of a 10-V voltage regulator varies from 9.95 V under no-load condition to 9.34V under a 10-mA maximum rated load current. What is its load regulation?3.2. The output of a 5-V voltage regulator varies from 4.86 to 4.32 V when the input voltage is changed from 14 to 6 V under a maximum load condition of 10 mA. What is its line regulation?3.5. A voltage of 1.2 V is dropped across an input pin when a 100-A current is forced into the pin. Subsequently, a 1.254-V level occurs when the current is increased to 200 A. What is the input resistance?3.7. Voltages of 1.2 and 3.3 V appear at the output of an amplfi er when currents of 10 and +10mA, respectively, are forced into its output. What is the output resistance?3.11. A voltmeter with an input impedance of 500 k is used to measure the DC output of an amplifi er with an output impedance of 500 k. What is the expected relative error made by this measurement?3.12. A differential amplifi er has outputs of 2.4 V (OUTP) and 2.7 V (OUTN) with its input set to a VMID reference level of 2.5 V. What are the single-ended and differential offsets? The common-mode offset? (All offsets are to be measured with respect to VMID.)作业作业3.17. For the nulling amplifi er setup shown in Figure 3.19 with R1 = 100 , R2 = 200 k, and R3 = 50 k, an SRC1 input swing of 1 V results in a 130-mV swing at the output of the nulling amplifier. What is the open-loop gain of the DUT amplifi er in V/V? What is the gain in decibels?3.20. The input of a 10 amplifi er is connected to a voltage source forcing 1.75 V. The power supply is set to 4.9 V and a voltage of 1.700 V is measured at the output of the amplifi er. The power supply voltage is then changed to 5.1 V and the output measurement changes to 1.708 V. What is the PSS? What is the PSRR if the measured gain is 9.8 V/V?3.22. An amplifi er has an expected CMRR of 85 dB. For a 1-V change in the input commonmode level, what is the expected change in the input offset voltage of this amplifier?温馨提示：本PPT课件下载后，即可编辑修改，也可直接使用。（希望本课件对您有所帮助）
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