摘要

　　本文提出,，CMOS開關可以取代自動測試設備（ATE）廠商使用的PhotoMOS?開關,。CMOS開關的電容乘電阻（CxR）性能可以與PhotoMOS相媲美,，且其導通速度、可靠性和可擴展性的表現也很出色,，契合了先進內存測試時代ATE廠商不斷升級的需求,。

　　簡介

　　人工智能（AI）應用對高性能內存，尤其是高帶寬內存（HBM）的需求不斷增長,，芯片設計因此變得更加復雜,。自動測試設備（ATE）廠商是驗證這些芯片的關鍵一環(huán)，目前正面臨著越來越大的壓力,，需要不斷提升自身能力以滿足這一需求,。傳統(tǒng)上，在存儲器晶圓探針電源應用中,，PhotoMOS開關因其良好的低電容乘電阻（CxR）特性而得到采用,。低CxR有助于減少信號失真，改善開關關斷隔離度,，同時實現更快的開關速度和更低的插入損耗,。

　　除了上述優(yōu)點外，PhotoMOS開關的關態(tài)電壓也較高,，但也存在一些局限性,，主要體現在可靠性、可擴展性和導通速度方面,。其中,，導通速度較慢一直是客戶不滿的一大原因,。

　　為了應對這些挑戰(zhàn)，ADI公司開發(fā)出了新型開關來取代存儲器晶圓探針電源應用中的PhotoMOS,。ADI開關不僅導通速度非?？欤彝瑯泳邆涞虲xR特性,，可以確保高效切換。此外還具有良好的擴展性,，能夠改善測試的并行處理能力,，使ATE能夠處理更大規(guī)模、速度更快的測試任務,。如今AI應用對高效和高性能內存測試的需求日益增長,，為此，ATE公司正積極尋求更優(yōu)的解決方案,。在這種背景下,，ADI開關憑借一系列出色特性，成為了PhotoMOS的有力替代方案,。

　　應用原理圖

　　在ATE設置中,，開關扮演著非常重要的角色。開關能夠將多個被測器件（DUT）連接到同一個測量儀器（例如參數測量單元PMU）,，或者將它們從測量儀器上斷開,，以便執(zhí)行測試流程。具體來說,，開關使得PMU能夠高效地向不同DUT施加特定電壓,，并檢測這些DUT反饋的電流。開關能夠簡化測試流程,，在需要同時或依次測試多個DUT的情況下,，這種作用更加突出。通過使用開關,，我們可以將PMU的電壓分配到多個DUT,，并檢測其電流，這不僅提高了測試效率,，還大幅減少了每次測試之間重新配置測試裝置的麻煩,。

　　圖1.PMU開關應用

　　圖2.PhotoMOS和CMOS開關架構

　　圖1展示了如何利用開關輕松構建矩陣配置，使得一個PMU就能評估多個DUT,。這種配置減少了對多個PMU的需求,，并簡化了布線，從而顯著提高了ATE系統(tǒng)的靈活性和可擴展性,，對于大批量或多器件的測試環(huán)境至關重要,。

　　開關架構

　　為便于理解評估研究（即利用開發(fā)的硬件評估板對PhotoMOS開關和CMOS開關進行比較）以及研究得出的結果,，這里比較了PhotoMOS開關和CMOS開關的標準。從二者的開關架構開始比較更易于看出差別,。

　　CMOS開關和PhotoMOS開關的架構不同,，圖2顯示了開關斷開時的關斷電容（C_OFF）。該寄生電容位于輸入源極引腳和輸出引腳之間,。

　　對于PhotoMOS開關,，C_OFF位于漏極輸出引腳之間。此外,，PhotoMOS開關具有輸入到輸出電容（也稱為漏極電容）,，同時在其用于導通和關斷輸出MOSFET的發(fā)光二極管（LED）級也存在輸入電容。

　　對于CMOS開關,，C_OFF位于源極和漏極引腳之間,。除了C_OFF之外，CMOS開關還有漏極對地電容（CD）和源極對地電容（CS）,。這些對地電容也是客戶在使用CMOS開關時經常抱怨的問題,。

　　當任一開關使能時，輸入信號便可傳輸至輸出端,，此時源極和漏極引腳之間存在導通電阻（R_ON）,。通過了解這些架構細節(jié)，我們可以更輕松地分析評估研究中的電容,、R_ON和開關行為等性能指標,，確保為特定應用選擇正確的開關類型。

　　開關規(guī)格和附加值

　　為了更好地對開關進行定性和定量評估,，應該考察其在系統(tǒng)設計應用中帶來的附加值,。如上所述，對于圖1所示應用,，ADG1412是理想選擇,，可以輕松替代PhotoMOS開關。這款CMOS開關是四通道單刀單擲（SPST）器件,，擁有出色的特性,，包括高功率處理能力、快速響應時間,、低導通電阻和低漏電流等,。設計人員可以通過比較表1列出的重要指標，評估CMOS開關性能并打分,，從而量化其相對于其他替代方案的優(yōu)勢,。這有助于更深入地了解器件的信號切換效率，對于復雜或敏感的電子系統(tǒng)非常有幫助,。

　　關斷隔離：開關斷開時的電容

　　兩種開關的關斷隔離曲線（圖3）表明,，輸入信號受到高度抑制（100 kHz時為-80 dB）,，未到達輸出端。隨著頻率提高,，PhotoMOS的性能開始略高一籌,，二者相差-10 dB。對于圖1所示的開關應用（直流（DC）切換）,，開關電容并不重要,，重要的開關參數是低漏電流、高導通速度和低插入損耗,。

　　圖3.關斷隔離曲線

　　插入損耗：開關導通電阻

　　低R_ON的開關至關重要,。I*R電壓降會限制系統(tǒng)性能。各器件之間以及溫度變化引起的R_ON波動越小,，測量誤差就越小。圖4中的插入損耗曲線顯示,，在100 kHz頻率下,，PhotoMOS開關的插入損耗為-0.8 dB，而CMOS開關的插入損耗僅為-0.3 dB,。這進一步證實了CMOS開關具有較低的RON （1.5 Ω）,。

　　圖4.插入損耗曲線

　　圖5.開關導通時間

　　開關導通時間

　　當驅動使能/邏輯電壓施加到任一開關上，使其閉合并將輸入信號傳遞到輸出端時,，如果使用的是PhotoMOS開關,，則會存在明顯的延遲（如圖5所示）。這種較慢的導通速度由于LED輸入級的輸入電容,，以及內部電路將電流轉換為驅動MOSFET柵極所需電壓的過程中產生的延遲造成的,。導通速度慢一直是客戶不滿的主要原因，而且會影響系統(tǒng)整體應用的速度和性能,。相比之下,，CMOS開關的導通速度（100 ns）是PhotoMOS開關（200,000 ns）的2000倍（×2000），更能滿足系統(tǒng)應用所需,。

　　設計遷移：PhotoMOS替換為ADG1412開關

　　如果系統(tǒng)中使用的是PhotoMOS開關,，并且遇到了測量精度不高、導通速度慢導致系統(tǒng)資源占用過多,，以及難以提高通道密度等問題,，那么升級到采用CMOS開關的方案將使開發(fā)變得非常簡單。圖6顯示了PhotoMOS開關與CMOS開關的連接點對應關系,。因此,，系統(tǒng)設計可以利用CMOS開關，以更低的成本實現更高的通道密度,。

　　圖6.開關連接點

　　ADI開關可提高通道密度

　　表2列出了一些能夠提高通道密度的ADI開關示例,。這些開關具有與ADG1412類似的性能優(yōu)勢,，導通電阻更低（低至0.5 Ω），而且成本比PhotoMOS開關還低,。這些開關提供串行外設接口（SPI）和并行接口,，方便與控制處理器連接。

　　結論

　　本文著重說明了CMOS開關的潛力,。在ATE應用中,，ADG1412可以很好地取代PhotoMOS開關。比較表明,，CMOS開關的性能達到甚至超過了預期,，尤其是在對開關電容或漏極電容要求不高的場合。此外,，CMOS開關還擁有顯著的優(yōu)勢,，例如更高的通道密度和更低的成本。

　　ADI公司的CMOS開關產品系列非常豐富,，不僅提供導通電阻更低的型號,，還支持并行和SPI兩種控制接口，從而更加有力地支持了在ATE系統(tǒng)中使用CMOS開關的方案,。

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