一种源测量单元测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种源测量单元测试系统及测试方法，包括控制单元，所述控制单元将测试向量经DAC转化为模拟信号后发送至V

【技术实现步骤摘要】
一种源测量单元测试系统及测试方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体测试系统及方法，尤其涉及一种源测量单元测试系统及测试方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着国内半导体技术的快速发展，源测量单元(SMU)作为半导体器件测试设备的核心构件，受到了越来越多企业的追捧。源测量单元是测量各种器件I
‑
V特性的重要仪器，可同时实现可编程的恒压源和恒流源、电子负载、数字万用表的功能。它既可以作为恒压源输出正负两种方向的电压，也可以作为恒流源输出正负两种方向的电流。正是因为这种特性，当SMU输出负向功率的时候，可以作为负载去吸收电源输出的正向功率，同时SMU还具有电压与电流监测的功能。由于SMU的功能多样性以及良好的性能，使得它在半导体测试、电子产品生产测试等领域得到广泛应用。
[0003]传统的源测量单元测试系统的两个电路单元是相互独立的，通过继电器来切换测试设备的电压源和电流源功能，这种结构存在一个问题就是继电器的存在会消耗一部分功率，造成源测量单元的输出功率未能完全加载到待测器件DUT上，同时由于继电器存在一定的开关内阻，电流的通过也会产生一定的热量，而半导体器件的I
‑
V特性通常会受到温度，造成测试结果的不准确。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种源测量单元测试系统及测试方法，能够在灵活选择配置电压源和电流源的条件下降低测试系统输出级功耗，并提高了SMU测试系统的稳定性以及SMU的电压电流输出能力。
[0005]技术方案：本专利技术所采用的技术方案是一种源测量单元测试系统，包括用于控制整个系统测试流程的控制单元，所述控制单元将测试向量经数模转换器转化为模拟信号后发送至V
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I控制单元，所述数模转换器和V
‑
I控制单元间设有模拟开关，用于切换电压模式和电流模式，所述V
‑
I控制单元根据测试向量选择并设置电压源或电流源模块输出，经功耗检测与调整模块施加给待测器件；待测量的电压/电流信号通过功率放大器和稳压/稳流模块后，发送至V
‑
I控制单元，并通过模数转换器反馈至所述控制单元，形成闭环控制；所述功耗检测与调整模块对功率放大器输出级功耗进行检测，根据检测结果在反馈回路中对输出级功耗进行调整。所述测试系统还包括上位机，所述上位机通过系统总线向控制单元发送测试指令，并负责对测试数据分析并判断，显示测试结果。
[0006]其中，所述的根据检测结果在反馈回路中对输出级功耗进行调整，是将调整信号反馈至V
‑
I控制单元重新进行电路参数配置，调整系统供电电源的供电参数并输出，从而提高了源测量单元的输出能力。其中功耗检测是对功率放大器输出级功耗的检测。若检测的功耗较高，就作出功耗调整，调整方式为：将SMU的输出电压作为调整功耗的参考因素，当SMU的输出电压变化较大时，DC
‑
DC的输出电压也会作相应的调整，从而调整电路的输出级
功耗。
[0007]所述功耗检测与调整模块采用集成开关转换器。所述测试向量包括模式设置、驱动增益设置、箝位设置、比较器电平设置和电流输出量程选择。所述控制单元采用STM32F103VET6，所述数模转换器和V
‑
I控制单元部分采用AD5522型号的测试芯片实现其功能。
[0008]本专利技术还提出应用于上述源测量单元测试系统的半导体器件测试方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：设定测试向量，通过上位机发送指令至控制单元，由控制单元通过串行接口对测试芯片AD5522发送测试向量，配置其基本功能，所述测试芯片AD5522选择电压驱动测量模式；选择电压驱动测量模式下待测器件两端的驱动电压计算公式为：
[0010]VOUT＝4.5
×
VREF
×
(DAC_CODE/2
16
)
‑
(3.5
×
VREF
[0011]×
OFFSET_DAC_CODE/2
16
)+DUTGND
[0012]式中，VOUT是驱动放大器DAC的电压，VREF是基准电压，DAC_CODE是加载到DAC X2寄存器的码值，OFFSET_DAC_CODE是加载到偏置DAC的码值，DUTGND是被测器件接地电压值。
[0013]步骤2：对AD5522引脚输出端MEASOUT的电压进行放大处理，使得SMU的输出范围达到输出电压宽量程要求，同时在内部检测量程无法满足测试要求时，利用外部量程扩展电阻，采用多个检流电阻实现多个电流范围的检流组合，并配合电路开关对多个量程进行切换，实现SMU的宽范围、多量程的电流输出；
[0014]步骤3：功耗检测与调整模块对AD5522内部功率放大器和外部功率放大器的输出级功耗进行追踪检测。
[0015]步骤4：对待测器件进行测试，待经检流电阻的电流稳定后，将测量结果反馈至电流信号反馈环路，经稳流模块后送入AD5522，同时将数据送入ADC进行采样；
[0016]步骤5：将不同量程的测量输出结果接入多路复用器，并将多路复用器的单个输出信号送入ADC完成数据采样，同时将数据返回至AD5522作为环路控制以及电流箝位输入；
[0017]步骤6：将采样后的电流数据结果返回至上位机，分析得出判断结果。
[0018]有益效果：相比现有技术，本专利技术设计了具有低功耗、配置灵活、宽测试范围等优点的源测量单元测试系统。现有测试系统中由于电路中的寄生电容参数的影响，导致反馈回路中的输出信号存在振荡，从而影响了系统的稳定性，延长了系统的动态响应时间，进一步导致了功率放大器输出级功耗的不稳定状态，同时也影响了SMU的输出功率范围。本专利技术结合闭环反馈以及输出级功耗检测与调整技术，使得系统的输出级功耗始终保持在较低的要求，并在系统的闭环反馈路接入了稳压模块以及稳流模块，提高了SMU测试系统的稳定性以及SMU的电压电流输出能力，具有极大的应用价值。
附图说明
[0019]图1是本专利技术所述的源测量单元测试系统的拓扑结构图；
[0020]图2是AD5522内部电路结构图；
[0021]图3是本专利技术所述的源测量单元测试系统的系统框图；
[0022]图4是本专利技术所述的源测量单元测试方法流程图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0024]本专利技术所述的源测量单元测试系统，电路拓扑结构图如图1所示，主要包括以下几个部分：
[0025]上位机，为了方便测试人员控制测试启停、设置测试参数以及对测试数据进行分析展示，测试系统还包括上位机，由上位机通过系统总线向系统控制单元发送测试指令，控制模块根据测试要求向数模转换器DAC进行串行数据传输实现其具体输出；并负责对测试数据分析并判断，最终显示测试结果。
[0026]控制单元，负责控制整个系统的测试流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种源测量单元测试系统，其特征在于：包括用于控制整个系统测试流程的控制单元，所述控制单元将测试向量经数模转换器转化为模拟信号后发送至V
‑
I控制单元，所述数模转换器和V
‑
I控制单元间设有模拟开关，用于切换电压模式和电流模式，所述V
‑
I控制单元根据测试向量选择并设置电压源或电流源模块输出，经功耗检测与调整模块施加给待测器件；待测量的电压/电流信号通过功率放大器和稳压/稳流模块后，发送至V
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I控制单元，并通过模数转换器反馈至所述控制单元，形成闭环控制；所述功耗检测与调整模块对功率放大器输出级功耗进行检测，根据检测结果在反馈回路中对输出级功耗进行调整；所述测试系统还包括上位机，所述上位机通过系统总线向控制单元发送测试指令，并负责对测试数据分析并判断，显示测试结果。2.根据权利要求1所述的源测量单元测试系统，其特征在于：所述的根据检测结果在反馈回路中对输出级功耗进行检测与调整，是以SMU的实时输出电压为参考，降低系统供电部分的输出级功耗，并将调整信号反馈至V
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I控制单元重新进行电路参数配置，调整系统供电电源的供电参数。3.根据权利要求2所述的源测量单元测试系统，其特征在于：所述功耗检测与调整模块采用集成开关转换器。4.根据权利要求1所述的源测量单元测试系统，其特征在于：所述测试向量包括模式设置、驱动增益设置、箝位设置、比较器电平设置和电流输出量程选择。5.根据权利要求1所述的源测量单元测试系统，其特征在于：所述数模转换器和V
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I控制单元部分采用测试芯片AD5522实现其功能，所述控制单元采用STM32F103VET6。6.一种应用于权利要求5所述源测量单元测试系统的半导体器件测试方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国军，张奕凡，李明泽，段云龙，朱勤华，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：