張國強，楊國牛

（1.西安明德理工學(xué)院，陜西 西安 710124；2.西安西谷微電子有限責(zé)任公司，陜西 西安 710124）

0 引言

模擬開關(guān)是一種重要的器件[1]，應(yīng)用范圍較廣，可應(yīng)用到音頻和視頻回路，以及自動測試設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電池供電系統(tǒng)、采樣保持系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和航空電子設(shè)備等設(shè)備與系統(tǒng)中，在多路被測信號共用一路A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通常用來將多路被測信號分別傳送到A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，以便計算機能對多路被測信號進行處理。電子多路開關(guān)根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為雙極型晶體管開關(guān)、場效應(yīng)晶體管開關(guān)和集成電路開關(guān)3種類型。在過去的使用中，單片集成COMS模擬開關(guān)一直是切換（路由）和開關(guān)模擬信號的首選器件，這種開關(guān)由一個P溝道和一個N溝道MOSFET并聯(lián)而成，柵極受外部驅(qū)動電路控制，構(gòu)成一個寄生參數(shù)小、可雙向?qū)ǖ牡碗娮栝_關(guān)器件[2]。大多數(shù)電子元器件的失效率隨時間變化的過程可以用浴盆曲線進行描述，早期的失效率隨時間的增加而迅速下降，使用壽命期內(nèi)失效率基本不變[3]。

具有高可靠性的電子元器件是通過設(shè)計并生產(chǎn)出來的，但是再好的生產(chǎn)控制程序和生產(chǎn)工藝也無法避免質(zhì)量問題的存在。電子元器件的二次篩選已經(jīng)被證明是有效保障電子元器件可靠性的重要手段。它能夠?qū)⑵渲杏袧撛谌毕莸脑缙谑Мa(chǎn)品剔除，從而保證電子產(chǎn)品最終使用的可靠性，還可以評估和比較不同產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性[4-5]。因此需要對集成電路模擬開關(guān)進行一系列的可靠性試驗，其中的電參數(shù)測試是非常重要的一環(huán)，也是提高產(chǎn)品可靠性的一種非常有效的手段。

1 模擬開關(guān)測試的理論方法

1.1 電源電流測試

在器件資料規(guī)定的環(huán)境溫度下，將器件接入測試系統(tǒng)中，施加器件資料中規(guī)定的電源電壓VDD、VSS。輸入輸出端施加資料規(guī)定的條件，測量流過VDD端的電流即為IDD，測量流過VSS端的電流即為ISS。如圖1所示。

圖1 電源電流測試

1.2 導(dǎo)通電阻測試

在器件資料規(guī)定的環(huán)境溫度下，將器件接入測試系統(tǒng)中，電源腳施加器件資料中規(guī)定的電源電壓，加上規(guī)定的控制信號，使被測開關(guān)通路接通，然后再按照器件資料的規(guī)定，將S端（源極）模擬輸入電壓調(diào)至規(guī)定值VS，將D端（漏極）電流源電流調(diào)至IS；在被測器件D端（漏極）測出模擬輸出電壓VD。由式RON=（VS-VD）/IS求出模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻，如圖2所示。

圖2 導(dǎo)通電阻測試

1.3 I S（OFF）、 I D（OFF）測試

在器件資料規(guī)定的環(huán)境溫度下，將器件接入測試系統(tǒng)中，施加器件資料中規(guī)定的電源電壓，加上規(guī)定的控制信號，使被測開關(guān)通路全部處于截止?fàn)顟B(tài)，按照器件資料的規(guī)定，將S端模擬輸入電壓和D端模擬輸入電壓調(diào)至規(guī)定值，測出流經(jīng)被測S端的電流，即為IS（OFF），測出流經(jīng)被測D端的電流，即為ID（OFF）。如圖3所示。

圖3 單路I S（OFF）、I D（OFF）測試

若被測器件為多路模擬開關(guān)，需將非被測S端和D端短路對每個開關(guān)通路進行IS（OFF）測試。如圖4所示。

圖4 多路I S（OFF）測試

1.4 I D（ON）測試

在器件資料規(guī)定的環(huán)境溫度下，將器件接入測試系統(tǒng)中，施加器件資料中規(guī)定的電源電壓，加上規(guī)定的控制信號，使被測開關(guān)通路處于導(dǎo)通狀態(tài)，按照器件資料的規(guī)定，將S端模擬輸入電壓調(diào)至規(guī)定值，測出從S端流出的電流即為ID（ON）。如圖5所示。

圖5 單路I D（ON）測試

在導(dǎo)通通路與截止通路之間需加上規(guī)定的電壓，分別對每個開關(guān)通路進行ID（ON）測試，如圖6所示。

圖6 多路I D（ON）測試

1.5 輸入電流測試

在器件資料規(guī)定的環(huán)境溫度下，將器件接入測試系統(tǒng)中，施加器件資料中規(guī)定的電源電壓。邏輯輸入端施加資料規(guī)定低電平電壓的條件，測量流過邏輯端的電流即為IINL，邏輯輸入端施加資料規(guī)定高電平電壓的條件，測量流過邏輯端的電流即為IINH。如圖7所示。

圖7 輸入電流測試

2 實際中存在的問題和難點

2.1 導(dǎo)通電阻偏差大

在實際測試中，器件測試出的導(dǎo)通電阻值會比資料中標(biāo)注的典型值偏大，這是因為，在實際的測試中器件與設(shè)備的多重轉(zhuǎn)接導(dǎo)致接插件的接觸電阻會計算在測試值中。例如：Analog Devices公司的ADG702BRM，導(dǎo)通電阻在常溫25℃下要求最大為3Ω，典型值為2Ω。

2.2 S、D端漏電流測試不準(zhǔn)確

器件的內(nèi)部通道是由一個P溝道和一個N溝道MOSFET并聯(lián)而成，柵極受外部驅(qū)動電路控制，構(gòu)成一個寄生參數(shù)小，可雙向?qū)ǖ牡碗娮栝_關(guān)器件，如圖8所示。

圖8 模擬開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 實際中模擬開關(guān)的測試

由于模擬開關(guān)在實際測試中器件與測試設(shè)備必然存在多次接插件的轉(zhuǎn)接，所以我們在測試時應(yīng)該使用開爾文測試法[6]，如圖9所示。開爾文測試連接有兩個要求：1）對于每個測試點都有一條激勵線F和一條檢測線S，二者嚴(yán)格分開，各自構(gòu)成獨立回路；2）S線必須接到一個有極高輸入阻抗的測試回路上，使流過檢測線S的電流極小，近似為零。

圖9 開爾文測試

按照作用和電位的高低，這4條線分別被稱為高電位施加線（HF）、低電位施加線（LF）、高電位檢測線（HS）和低電位檢測線（LS）。圖9中r表示引線電阻和探針與測試點的接觸電阻之和。由于流過測試回路的電流為零，在r3、r4上的壓降也為零，而激勵電流I在r1、r2上的壓降不影響I在被測電阻上的壓降，所以電壓表可以準(zhǔn)確地測出Rt兩端的電壓值，從而準(zhǔn)確地測量出Rt的阻值。測試結(jié)果和r無關(guān)，有效地減小了測量誤差。

由于器件內(nèi)部是MOSFET結(jié)構(gòu)，因此漏電流一般都是nA級的微小電流，如果用設(shè)備直接進行加壓測流，則目前的設(shè)備是沒有辦法直接測量nA級的電流，因此需要使用輔助回路進行測試，如圖10所示。

圖10 漏電流輔助測試回路

由公式：I=（VO-VI）/R2，可以計算出漏電流，對于多路模擬開關(guān)，可以通過繼電器多次切換到輔助回路進行測量。

4 結(jié)束語

電子元器件的測試是有效保障電子元器件可靠性的重要手段。在模擬開關(guān)的測試中，前期設(shè)計測試回路與DUT板時需要考慮開爾文連接點的選擇，盡量地減少因為接觸電阻或者連接線內(nèi)阻引起導(dǎo)通電阻的偏差，減小因測試夾具和測試回路引入的漏電流，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。