Skip to main content
Témakör: Méréstechnika

Gyorsítsa fel a tesztelési kapacitást és a rendszer termelékenységét az új MEMS kapcsolókkal

Megjelent: 2022. június 16.

Arrow lidA fejlett digitális processzor integrált áramköreinek minőségbiztosításához külön egyenáramú parametrikus és nagy sebességű digitális automatikus tesztberendezések (ATE) átmenetei szükségesek. Ez jelentős költség- és logisztikai kihívásokat jelent. Ez a cikk elmagyarázza, hogy az ADGM1001 SPDT MEMS kapcsoló hogyan teszi lehetővé a DC parametrikus és a nagy sebességű digitális mérések egyetlen menetben történő végrehajtását, csökkentve ezzel a tesztelési költségeket, és egyszerűsítve a digitális/RF system on chip (SoC) tesztelés logisztikáját.

 

417746 fig 01

1. ábra Az operátor a digitális SoC teszteléséhez a mérőautomatára illeszti a teszthardvert

 

 

ATE kihívások

A félvezetőpiac a nagyobb sebességű és nagyobb sűrűségű chipek közötti kommunikációval fejlődik a fejlett processzorok, például az 5G modem IC-k, a grafikus IC-k és a központi feldolgozó IC-k irányába. A minőség biztosítása, a növekvő bonyolultság és a megnövekedett átviteli teljesítmény iránti igény a legnagyobb kihívás a mai ATE-tervezők számára. Az egyik kritikus szempont az adó (Tx)/vevő (Rx) csatornák növekvő száma, amelyek mind nagy sebességű digitális, mind egyenáramú parametrikus tesztelést igényelnek. Ezek a kihívások a félvezetőtesztek összetettségét növelik, és ha nem foglalkozunk velük, az a tesztidő és a mérési összeállítás összetettségének a növekedéséhez és a tesztelési teljesítmény csökkenéséhez vezet. Ez viszont növeli az üzemeltetési költségeket (OPEX), és csökkenti a termelékenységet a modern ATE-környezetben.
Ezen ATE kihívások megoldásához olyan kapcsolóra van szükség, amely egyenáramban és nagy frekvencián is működőképes. Az ADGM1001 valódi 0 Hz-es egyenáramú jeleket és akár 64 Gbps nagy sebességű jeleket is át tud engedni. Hatékony, egyetlen tesztplatformot tesz lehetővé (egy befogás), amely konfigurálható mind az egyenáramú paraméterek, mind a nagy sebességű digitális kommunikációs szabványok, például a PCIe Gen 4/5/6, PAM4 és USB 4 tesztelésére.

 

417746 fig 02

2. ábra Az ADGM1001 szemdiagramja 32 Gbps adatsebességnél (RF1-RFC referencia-nyomvonallal használt minta PRBS 215-1)

 

 

HSIO tesztelés

A nagy sebességű bemeneti kimeneti (HSIO) interfészek tesztelése nagy volumenű gyártási környezetben kihívást jelent. A HSIO-interfészek validálásának egyik általános megközelítése egy nagy sebességű loopback (visszacsatoló) tesztarchitektúra megvalósítása. Ez egy konfigurációban tartalmazza a nagy sebességű és az egyenáramú tesztútvonalakat.
A nagy sebességű loopback-teszteléséhez általában egy pszeudorandom bitsorozatot (PRBS) nagy sebességgel továbbítanak az adóból, és a vevő végén fogadják, miután visszacsatolják a teszthardveren, amint az a 3. ábrán látható (bal oldal). A vevő végén a szekvenciát elemzik a bithibaarány (BER) kiszámításához.
Az eszköz működőképességének garantálása érdekében egyenáramú parametrikus teszteket, például folytonossági és szivárgásvizsgálatokat végeznek az I/O kivezetéseken. E tesztek elvégzéséhez a kivezetéseket közvetlenül egy egyenáramú műszerhez kell csatlakoztatni, ahol áramot kényszerítenek, és feszültséget mérnek a hibák vizsgálatához.
A nagy sebességű loopback és a DUT (Device under test – a mé­rendő eszköz) I/O-kon végzett egyenáramú parametrikus teszt elvégzéséhez több módszer is alkalmazható, a digitális SoC tesztelésében; például MEMS kapcsolók vagy relék használata – az egyik a nagy sebességű, a másik pedig az egyenáramú teszteléshez szükséges, ami két befogást igényel.
A nagy sebességű tesztelés és a DC paraméteres tesztelés relék használatával kihívást jelent, mivel a legtöbb relé nem működik 8 GHz felett, így a felhasználóknak kompromisszumot kell kötniük a jelsebesség és a tesztlefedettség tekintetében. Ráadásul a relék nagy méretűek és nagy PCB-területet foglalnak el, ami kihat a megoldás méretére. A relék megbízhatósága mindig aggodalomra adhat okot, mivel jellemzően csak 10 millió kapcsolási ciklusig működnek, ami korlátozza a rendszer üzemidejét és a teszthardver élettartamát.
A 3. ábra egy két befogásos vizsgálati módszert mutat be a nagy sebességű loopback-teszt és a DC paraméteres teszt elvégzéséhez. A 3. ábrán a bal oldalon a nagy sebességű digitális loopback-teszt beállítása látható, ahol a DUT adója egy csatolókondenzátoron keresztül van visszavezetve a vevőhöz. A 3. ábra jobb oldalán az egyenáramú parametrikus tesztfelépítés látható, ahol a DUT kivezetéseit közvetlenül az ATE-tesztelőhöz csatlakoztatják a parametrikus tesztekhez. Eddig az alkatrészkorlátozások miatt nem volt lehetséges, hogy mind a nagy sebességű loopback, mind az egyenáramú tesztfunkció ugyanazon a teszthardveren legyen megvalósítható.

 

417746 fig 03

3. ábra A két befogásos vizsgálati módszertan szemléltetése

 

 

A kétlépcsős teszttel kapcsolatos kihívások

  • Két hardverkészlet kezelése: a felhasználóknak az egyenáramú és a loopback-teszteléshez szükséges két teszthardvert kell karbantartaniuk és kezelniük. Ez jelentős többletköltséget jelent, különösen nagy mennyiségű alkatrész tesztelése esetén.
  • Hosszabb tesztelési idő és magasabb tesztelési költségek: a két teszthardver azt jelenti, hogy minden mérendő eszközt kétszer kell tesztelni, ezért az indexelési idő minden egyes teszt során megduplázódik, ami végső soron növeli a tesztelési költségeket, és jelentősen befolyásolja a tesztelési teljesítményt.
  • Tesztidő-optimalizálás: a tesztidők nem optimalizálhatók, ha két hardverkészletről van szó. Több költség merül fel, ha egy alkatrész a második beillesztésnél is megbukik. Az első behelyezés ugyanis a tesztelőnek elvesztegetett idő lesz.
  • Hajlamosabb az emberi hibára: mivel minden mérendő eszközt kétszer tesztelnek, megduplázódik az emberi hibázás kockázata is. Megoldás beállítása × 2: a két tesztbeillesztéses megközelítés két hardverkészletet igényel, ami megduplázza a hardver beállítási idejét.
  • Logisztikai többletköltség: a két tesztbefogás több alkatrész mozgatását igényli. Az alkatrészeket a tesztelők és esetleg a tesztelőházak között kell mozgatni, ami tervezési és logisztikai kihívásokat jelent.

 

Hogyan oldja meg
az ADI DC 34 GHz-es kapcsolótechnológiája
a kettős befogás problémáját?

Az ADI 34 GHz-es MEMS kapcsolótechnológiája nagy sebességű digitális és egyenáramú tesztelési képességet is kínál, kiváló sűrűséggel, egy kis 5 mm × 4 mm × 0,9 mm-es LGA-tokban, amint azt a 4. ábra mutatja. A nagy sebességű digitális teszt elvégzéséhez az adóból érkező nagy sebességű jeleket átvezetik a kapcsolón, majd visszavezetik a vevőhöz, ahol a dekódolás után elemzik a BER-értéket (bithibaarány). A parametrikus egyenáramú teszteléshez a kapcsoló összeköti a kivezetéseket a DC ATE tesztelővel, ahol az eszköz működőképességének biztosítása érdekében olyan parametrikus teszteket végeznek, mint a folytonossági és szivárgásvizsgálat. A parametrikus egyenáramú tesztelés során a MEMS-kapcsolók lehetőséget nyújtanak az ATE-vel való nagyfrekvenciás kommunikációra is, ami egyes alkalmazásokban szükséges.

 

417746 fig 04

4. ábra Az ADGM1001 a nagy sebességű digitális és egyen­áramú tesztelést is lehetővé teszi (a P csatorna kiemelve)

 

417746 fig 05

5. ábra A relékkel megvalósított loopback megoldás és az ADGM1001 összehasonlítása

 


Az 5. ábra egy nagy sebességű digitális tesztelési megoldást mutat be, amely a relék és az ADGM1001 MEMS kapcsolók használatát hasonlítja össze. A MEMS-kapcsolók által nyújtott megoldás közel 50%-kal kisebb méretet eredményez, mint a relés megoldás, mivel az ADGM1001 egy 5 × 4 × 0,9 mm-es LGA-tokban kerül forgalomba, ami 20× kisebb, mint egy tipikus relé. Az olyan nagyfrekvenciás szabványok, mint a PCIe Gen 4/5, a PAM4, az USB 4 és a SerDes több adó- és vevőcsatornát hajtanak, amelyek intenzív PCB-sűrítést igényelnek anélkül, hogy bármilyen elrendezési komplikációt okozna a csatornánkénti eltérések mérséklése. Ezen fejlődő nagyfrekvenciás szabványok igényeinek kielégítése érdekében a MEMS kapcsolók intenzív sűrítést és fokozott funkcionalitást kínálnak a digitális SoC-teszteléshez szükséges teszthardver tervezésében.
A relék jellemzően nagy méretűek és korlátozott nagyfrekvenciás teljesítménnyel rendelkeznek. Nehezen támogatják az olyan magasabb frekvenciájú szabványokat, mint a PCIe Gen 4/5, a PAM4, az USB 4 és a SerDes fokozott sűrítéssel. A relék többsége nem működik 8 GHz-nél nagyobb frekvencián, és a magas frekvenciákon a befogási veszteségük hatással van a jelintegritásra, és korlátozza a vizsgálati lefedettséget.

 

Bevezetés az ADGM1001-be

Az ADGM1001 SPDT MEMS kapcsoló a DC és 34 GHz közötti tartományban nyújt kategóriaelső teljesítményt. A technológia ultraalacsony parazitahatásainak és széles sávszélességének köszönhetően a kapcsoló minimális hatással van a jelekre akár 64 Gbps sebességig, és minimális csatornaeltolódást, jittert és terjedési késleltetést nyújt, ami lehetővé teszi a nagy pontosságú adatátvitelt. 34 GHz-en alacsony, 1,5 dB-es beszúrási veszteséget és jellemzően 3 Ω alacsony RON-t biztosít. Kiváló, 69 dBm-es linearitást kínál, és 33 dBm-es nagy RF-teljesítményt képes kezelni. Kicsi, 5 mm × 4 mm × 0,95 mm-es műanyag SMD-tokban, 3,3 V-os tápellátással és egyszerű, alacsony feszültségű vezérlőinterfésszel rendelkezik. Mindezek a tulajdonságok az ADGM1001-et ideális jelöltté teszik az ATE alkalmazásokhoz, lehetővé téve a nagy sebességű digitális és egyenáramú parametrikus tesztelési képességet egyetlen mérőbefogóban, amint azt a 4. ábra mutatja.

 

417746 fig 06

6. ábra ADGM1001 RF teljesítménye

 

417746 fig 07

7. ábra Tokozás: 5 mm × 4 mm × 0,9 mm, 24-ólmos LGA-tok

 


Az ADGM1001 könnyen kezelhető. Az IC 23-as kivezetésére adott 3,3 V-os VDD feszültséggel lehet működtetni. A VDD azonban 3,0 V és 3,6 V között is működhet. A kapcsolók ezután normál módon a logikai vezérlőinterfészen (Pin 1-től Pin 4-ig) vagy az SPI interfészen keresztül vezérelhetők. Az eszköz működéséhez szükséges összes passzív alkatrész a könnyű kezelhetőség és a helytakarékosság érdekében a tokba van integrálva. A 8. ábra az ADGM1001 funkcionális blokkdiagramját mutatja.

 

417746 fig 08

8. ábra ADGM1001 funkcionális blokkdiagram

 

 

Az ADGM1001 előnyei az egyszeres teszt lehetővé tételében

Kiváló nagy sebességű és egyenáramú teljesítmény: a DC-től 34 GHz-ig terjedő sávszélesség elérése ma az iparág nagy kihívása. Az ADGM1001 kiváló teljesítményt nyújt a DC-től 34 GHz-ig, az olyan kritikus paraméterek terén, mint a befogási veszteség, a linearitás, az RF teljesítménykezelés és a RON.

 

OPEX-csökkentés

  • Hardveres csökkentés: egyetlen tesztbefogáshoz egyetlen teszthardverre van szükség; ezért a felhasználóknak nem kell két hardver- és tesztkészletbe, illetve -berendezésbe beruházniuk, ami az OPEX hatalmas csökkentését teszi lehetővé.
  • A tesztelő üzemideje: az ADGM1001 100 millió ciklust kínál, amely a relékhez képest nagyobb megbízhatóságot biztosít, és javítja a tesztelő üzemidejét, ami végső soron csökkenti az OPEX-et.
    – Javított tesztelési teljesítmény: az ADGM1001 lehetővé teszi egyetlen tesztbefogó használatát, így az indexelési idő a felére csökken, ami jelentősen javítja a tesztelési időt, valamint jobb eszközkihasználtságot ad.
    – Kis méretű és jövőbiztos megoldás: az ADGM1001 kisebb méretet és bővített funkcionalitást kínál. A MEMS kapcsolótechnológia egyértelmű irányvonallal rendelkezik, amely a DC-től a nagyfrekvenciákig működő kapcsolókat szolgálja ki, és teljes mértékben igazodik a fejlődő technológiákhoz.
    – A logisztikai költségek csökkentése: az egyszeri befogás módszere kevesebb alkatrészmozgatást igényel, ami csökkenti a logisztikai költségeket és enyhíti a tervezési túlterhelést.
    – Kevesebb alkatrészmozgás: az egyszeri befogásos vizsgálati módszerben a DUT-et csak egyszer tesztelik, csökkentve az alkatrészmozgásokat és végső soron az emberi hiba kockázatát.

Következtetés

Az ADGM1001 továbbfejleszti a kapcsolástechnikát a DC-től 34 GHz-ig, lehetővé téve a nagy sebességű digitális és DC parametrikus megoldások kombinációját a SoC teszteléséhez. Képességei lehetővé teszik a tesztelési idő csökkentését, a teszthardver tökéletesítését (ami nagyobb DUT-számot és nagyobb átbocsátóképességet eredményez), valamint a megnövekedett üzemidőt (nagyobb megbízhatóság).
Az ADGM1001 az ADI MEMS kapcsolócsaládjának legújabb tagja, amely továbbfejleszti a nagy sebességű SoC-tesztelés igényeit. Az ADI MEMS kapcsolótechnológiája egyértelmű fejlődési iránnyal rendelkezik, amely a DC-től a nagyfrekvenciás kapcsolási funkciókig szolgálja ki a jövőbeli technológiai igényeket.

 

Szerzők: Richard Houlihan, termékmarketing menedzser;
Naveen Dhull, termékalkalmazási mérnök, és
Padraig Fitzgerald, vezető IC tervező mérnök –
Arrow Electronics Hungary

 

További műszaki és kereskedelmi információkat az Analog Devices hivatalos hazai forgalmazójától, az Arrow Electronics Hungary-től kaphatnak.

 

Arrow Electronics Hungary
1138 Budapest, Váci út 140.
Bihari Tamás, Senior Field Application Engineer
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
Tel.: +36 30 748 0457
www.arrow.com