基于新型MEMS开关提高SoC测试能力及系统产出

作者：ADI产品营销经理Richard Houlihan、ADI产品应用工程师Naveen Dhull、ADI首席IC设计工程师Padraig Fitzgerald

先进的数字处理器IC要求通过单独的DC参数和高速数字自动测试设备(ATE)测试，以达到质保要求。这带来了很大的成本和组织管理挑战。本文将介绍ADGM1001 SPDT MEMS开关如何助力一次性通过单插入测试，以帮助进行DC参数测试和高速数字测试，从而降低测试成本，简化数字/RF片上系统(SoC)的测试流程。

图1.操作员将负载板安装到测试仪上，以测试数字SoC

ATE挑战

半导体市场在不断发展，为5G调制解调器IC、图像处理IC和中央处理IC等先进的处理器提供速度更快、密度更高的芯片间通信。在这种复杂性不断提高、需要更高吞吐量的形势下，保证质量成为当前ATE设计人员面临的终极挑战。其中一个关键性问题是：发射器(Tx)/接收器(Rx)通道数量不断增加，需要进行高速数字和DC参数测试。这些挑战令半导体测试越来越复杂，如果不加以解决，会导致测试时间更长、负载板更复杂和测试吞吐量下降。而在现代ATE环境中，也会致使运营费用(OPEX)增加，产出降低。

要解决这些ATE挑战，需要使用能在DC频率和高频率下运行的开关。ADGM1001能传输真正的0Hz DC信号，以及高达64Gbps的高速信号。这让人们得以构建高效的单个测试平台（一次插入），可配置为测试DC参数标准和高速数字通信标准，例如PCIe Gen 4/5/6、PAM4和USB 4。

图2.ADGM1001眼图，32Gbps（RF1至RFC，包含参考波形，使用的伪随机测试码PRBS 215-1）。

如何测试HSIO引脚？

在高产量生产环境中测试高速输入输出(HSIO)接口是一大挑战。验证HSIO接口的一种常见方法是采用高速环回测试结构。这会将高速测试路径和DC测试路径集成在同一个配置中。

要执行高速环回测试，通常从发射器高速发射一个伪随机位序列(PRBS)，在负载板或测试板上环回之后由接收器接收，如图3（左侧）所示。在接收端，对序列进行分析，以计算误码率(BER)。

图3.两种插入测试方法的示意图

DC参数测试（例如连续性和泄漏测试）在I/O引脚上进行，以确保器件功能正常。要执行这些测试，需要将引脚直接连接到DC仪器上，用该仪器施加电流并测量电压，以测试故障。

要在DUT I/O上执行高速环回测试和DC参数测试，可以使用多种方法来测试数字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，一种用于执行高速测试，另一种用于执行DC测试，这需要两次插入。

使用继电器执行高速测试和DC参数测试变得很有挑战性，因为大多数继电器的工作频率不超过8GHz，因此用户必须在信号速度和测试范围方面做出让步。此外，继电器体积大，会占用很大的PCB面积，这会影响解决方案的尺寸。继电器的可靠性一直备受关注，它们通常只能支持1000万个开关周期，这限制了系统的正常运行时间和负载板的寿命。

图3显示用于执行高速环回测试和DC参数测试的两种插入测试方法。图3中，左侧显示高速数字环回测试设置，其中DUT的发射器通过耦合电容接至接收器。图3右侧显示DC参数测试设置，其中DUT引脚直接连接至ATE测试仪进行参数测试。到目前为止，受组件限制，还无法在同一个负载板上同时提供高速环回功能和DC测试功能。

与两次插入测试相关的挑战

管理两套硬件：用户必须维护和管理进行DC和环回测试所需的两套负载板。这使成本大幅增加，尤其是在测试大量器件时。

延长测试时间，增加测试成本：两次插入测试意味着每个DUT必须测试两次，因此每次测试的索引时间将增加一倍，最终会增加测试成本，并显著影响测试吞吐量。

测试时间优化：使用两套硬件时，测试时间无法优化。如果一个器件导致第二次插入失败，成本会进一步增加。第一次插入则会浪费测试仪时间。

更易出现操作错误：由于每个DUT都要测试两次，出现操作错误的几率也会翻倍。

解决方案设置× 2：两种测试插入方法涉及两组硬件，使得硬件设置时间翻倍。

组织管理成本：两次插入测试，意味着需要移动更多组件。需要在两个测试仪之间，甚至两个测试室之间移动组件，带来了规划和组织管理挑战。

如何利用出色密度解决两次插入问题

ADI的34GHz MEMS开关技术采用小巧的5mm × 4mm × 0.9mm LGA封装，提供高速数字测试功能和DC测试功能，如图4所示。要执行高速数字测试，来自发射器的高速信号经由开关，路由传输回到接收器，在解码之后，进行BER分析。要执行DC参数测试，该开关将引脚连接到DC ATE测试仪进行参数测试，例如连续性和泄漏测试，以确保器件功能正常。在执行DC参数测试期间，MEMS开关还提供与ATE进行高频通信的选项，可以满足某些应用的需求。

图4.ADGM1001支持高速数字测试和DC测试（只突出显示P通道）

图5显示高速数字测试解决方案，分别使用继电器和使用ADGM1001 MEMS开关进行比较。使用MEMS开关时，解决方案的尺寸比使用继电器时缩减近50%，这是因为ADGM1001采用5 × 4 × 0.9mm LGA封装，比典型的继电器小20倍。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，这些通道需要紧密排布在PCB上，但不能增加布局复杂性，以消除通道与通道之间的差异。为了满足这些不断发展的高频标准的要求，MEMS开关在负载板设计中提供致密和增强功能，以便执行数字SoC测试。

图5.分别使用继电器和ADGM1001的环回解决方案比较

继电器尺寸通常很大，只能提供有限的高频性能。它们利用增强致密来支持更高的频率标准，例如PCIe Gen 4/5、PAM4、USB 4和SerDes。大多数继电器的工作频率不超过8GHz，在高频率下具有很高的插入损耗，会影响信号的完整性并限制测试覆盖范围。

ADGM1001简介

ADGM1001 SPDT MEMS开关在DC至34GHz频率范围内提供出色的性能。该技术具有超低寄生效应和宽带宽，开关对高达64Gbps信号的影响很小，并且通道偏斜、抖动和传播延迟都比较低，可实现高保真数据传输。它在34GHz时提供1.5dB的低插入损耗和3Ω低RON。它提供69dBm的良好线性度，可以处理高达33dBm的RF功率。它采用5mm × 4mm × 0.95mm小型塑料SMD封装，提供3.3V电源和简单的低压控制接口。所有这些特性使ADGM1001非常适合ATE应用，支持通过单次测试插入实现高速数字测试和DC参数测试，如图4所示。

图6.ADGM1001 RF性能

图7.封装类型：5mm × 4mm × 0.9mm 24引脚LGA封装

ADGM1001易于使用，为引脚23提供3.3V VDD即可运行。但是，VDD可以使用3.0V至3.6V电压。开关可以通过逻辑控制接口（引脚1至引脚4）或通过SPI接口进行控制。实现器件功能所需的所有无源组件都集成在封装内，易于使用并且节省板空间。图8所示为ADGM1001的功能框图。

图8.ADGM1001功能框图

使用ADGM1001实现单次插入测试的优势

出色的高速和DC性能：实现从DC到34GHz的宽带宽是当今行业面临的挑战。ADGM1001的插入损耗、线性度、RF功率处理和RON等关键参数在DC到34GHz范围内都具有出色的性能。

降低运营费用：

减少硬件数量：单次插入测试只需使用一套测试硬件；因此，用户无需投资购买两套硬件和测试设备，可以大幅降低运营费用。

测试仪的运行时间：与继电器相比，ADGM1001支持1亿个循环周期，提供出色的可靠性，可延长测试仪的运行时间，最终降低运营费用。

提高测试吞吐量：ADGM1001允许使用单次插入测试，将索引时间减少一半，这会大幅缩短测试时间，提供更高的测试吞吐量和资产利用率。

密集解决方案，面向未来：ADGM1001提供更高的致密度和增强功能。MEMS开关技术提供可靠的路线图，适用于DC至高频运行开关，且与不断发展的技术完全保持一致。

降低组织管理成本：使用单次插入方法时，需要移动的组件数量更少，可以降低组织管理成本和规划难度。

减少组件移动：使用单次插入测试方法时，DUT只需一次插入进行测试，减少了组件移动，最终可降低发生操作错误的几率。

结论

ADGM1001正在推动DC至34GHz开关技术的发展，使得组合使用高速数字和DC参数解决方案进行SoC测试成为可能。它有助于缩短测试时间，改善电路板设计布局（实现更高的DUT数量和吞吐量），并延长运行时间（提高可靠性）。

ADGM1001是ADI MEMS开关系列的新产品，可满足高速SoC测试需求。ADI的MEMS开关技术拥有可靠的发展路线，支持DC至高频的开关功能，适合面向未来的技术需要。