“工欲善其事，必先利其器”。科學(xué)史上的許多重大突破，往往源于新的觀測手段和測量技術(shù)的進(jìn)步。在現(xiàn)代電子工業(yè)中，半導(dǎo)體器件作為核心組件，其性能和可靠性直接決定了最終產(chǎn)品的品質(zhì)和功能，對這些器件進(jìn)行精確全面的測試測量變得尤為重要。近日在行業(yè)重磅展會上，全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司ADI在現(xiàn)場帶來了儀器儀表應(yīng)用領(lǐng)域的一系列創(chuàng)新方案，如ADI儀器儀表事業(yè)部高級市場經(jīng)理姜海濤所表示，這些板卡級方案以高精度、小型化以及易于集成的優(yōu)勢，契合客戶痛點，是新時代電子測試測量的標(biāo)桿樣本。

激增的市場，如何滿足半導(dǎo)體自動化測試多樣化需求？

在電子測試測量領(lǐng)域，半導(dǎo)體自動化測試系統(tǒng)能夠?qū)π酒M(jìn)行大規(guī)模、高精度的測試，涵蓋從晶圓到最終封裝的各個環(huán)節(jié)，是確保電子器件能夠滿足嚴(yán)格規(guī)范的關(guān)鍵工具。隨著AI、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等市場的蓬勃發(fā)展，對半導(dǎo)體器件的需求量大幅增加，也進(jìn)一步推高了對高效、精確的自動化測試解決方案的需求。據(jù)QYResearch調(diào)研團隊報告顯示，預(yù)計2030年全球半導(dǎo)體自動測試設(shè)備市場規(guī)模將達(dá)到89.7億美元，未來幾年年復(fù)合增長率CAGR為7.2%。

“半導(dǎo)體自動化測試設(shè)備無論是實現(xiàn)模擬、數(shù)字、分立器件抑或是RF測試等場景，在更高精度、更快測試速度和更大靈活性背后，反映出的都是對其核心測量方案更高性能的共性要求。”姜海濤表示這正是ADI強大的精密信號鏈與儀器儀表技術(shù)能發(fā)揮的優(yōu)勢所在。

另一方面，半導(dǎo)體自動化測試市場競爭還體現(xiàn)在設(shè)備的延展性上，測試機的測試覆蓋范圍越廣，能夠測試的項目越多，就越受客戶青睞。姜海濤表示，集成化的自動化測試系統(tǒng)能夠在單一平臺上完成多項測試任務(wù)，減少了設(shè)備間的切換時間和復(fù)雜性，對于測試單元實現(xiàn)方案的小型化與拓展性就更為看中。此外，能夠提供可定制化的解決方案，或根據(jù)具體應(yīng)用場景進(jìn)行功能性調(diào)整，以滿足多樣化的測試需求，也是客戶看重的關(guān)鍵因素之一。

“面對半導(dǎo)體自動化測試領(lǐng)域的種種挑戰(zhàn)，ADI儀器儀表測試測量方案不僅在性能上表現(xiàn)出色，還具備高度的靈活性和易擴展性，能輕松融入客戶的現(xiàn)有系統(tǒng)之中，成為眾多高端測試設(shè)備制造商的優(yōu)選。”姜海濤自信地表示。

兼具高精度與高集成度，打造電子測試測量的創(chuàng)新標(biāo)桿

在半導(dǎo)體自動化測試系統(tǒng)中，高保真信號發(fā)生器通常用于生成各種模擬和數(shù)字信號，包括正弦波、方波、脈沖波等，提供非常純凈和穩(wěn)定的信號輸出，以確保測試的一致性和可重復(fù)性，或通過模擬真實環(huán)境中的噪聲干擾，評估器件在惡劣條件下的性能，如測試振蕩器等器件的頻率穩(wěn)定性等。采集測量模塊則用于捕捉被測設(shè)備的響應(yīng)信號，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)供后續(xù)處理，通常需要具備高速采樣率和高分辨率，以保證測試數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

據(jù)姜海濤介紹，基于ADMX1001 和 ADMX1002 的超低失真波形發(fā)生器和采集模塊最大的特點便是在非常小的體積上集成了高保真的信號發(fā)生和采集功能——ADMX100x 采用專有的數(shù)字預(yù)失真 (DPD) 算法，可實現(xiàn)優(yōu)異的總諧波失真 (THD) 性能，具有出色的信號保真度與低噪聲性能，專為高分辨率測試精心設(shè)計，可與ADC、音頻編碼解碼器和復(fù)雜的音頻系統(tǒng)無縫集成。“該模塊在1KHz實現(xiàn)了-130 dB THD，能對標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)信號源輸出的精度，在精密的ADC測量以及一些音頻測量方面具有廣泛的應(yīng)用，但更具備小型化特征，非常容易集成到客戶的設(shè)備中，直接通過SPI接口和標(biāo)準(zhǔn)API函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，極大地簡化了集成過程。”姜海濤補充到。

阻抗測量分析模塊專門用于評估電子器件在不同頻率下的阻抗特性，包括電阻、電容、電感等，這對于高頻電路和RF組件尤為重要，有助于確保器件在實際工作環(huán)境中的穩(wěn)定性。高性能精密阻抗測量分析模塊ADMX2001B是一個完整的軟硬件集成的解決方案，可簡化阻抗測量系統(tǒng)的開發(fā)過程或可用于增強現(xiàn)有測試平臺的功能。

通過使用高性能混合信號和處理算法，ADMX2001B可測量小至0.1fF的電容以及高達(dá)1GΩ的電阻值變化，內(nèi)置測量算法使ADMX2001B能夠提供采用多種格式的完全校準(zhǔn)復(fù)阻抗或?qū)Ъ{測量結(jié)果，包括電阻、電容和電感的并聯(lián)和串聯(lián)組合，能夠應(yīng)用于半導(dǎo)體器件測試、電子元件測試、傳感器測試、電池測試等領(lǐng)域。姜海濤強調(diào)說：“這套高性能精密阻抗測量分析模塊，是一個完整的軟硬件集成的解決方案，實現(xiàn)了從DC到10MHz的掃頻測量，步進(jìn)精度達(dá)到0.2Hz。在與標(biāo)準(zhǔn)電子式電能儀表的對比測試中，ADMX2001B展現(xiàn)出了接近實驗室級別的精度，達(dá)到了萬分之五的相對精度。”

高壓源測量單元SMU則是一種能夠提供精確可控的高壓電流或電壓的儀器，適用于測試器件在高壓條件下的性能，包括半導(dǎo)體分立元件、集成電路以及電力電子器件等。作為一款四通道高電壓、大電流輸出的SMU，ADMX3001采用24位SAR ADC以及高速高精度DAC，打造了一個閉環(huán)系統(tǒng)，利用數(shù)字PID控制和狀態(tài)控制算法，確保信號源、測量和鉗位精度，可同時提供和測量±100V輸出電壓和1A電流，支持測試和測量儀器的需求。可編程高壓電源軌有助于充分減少輸出放大器的功率損耗，并降低電路板和設(shè)計的復(fù)雜性。

姜海濤表示該板卡可通過FMC接口連接FPGA后連接到電腦上，利用評估軟件對評估板進(jìn)行設(shè)置和調(diào)控，采用的數(shù)字環(huán)路控制可以很大程度上解決傳統(tǒng)模擬環(huán)控制不能解決的諸如振鈴等問題，同時做到高精度、快速響應(yīng)、高壓大電流輸出等。

在微波信號分析中，S參數(shù)是用于描述射頻和微波網(wǎng)絡(luò)中信號傳輸特性的數(shù)學(xué)模型，是表征無源網(wǎng)絡(luò)和有源網(wǎng)絡(luò)電氣行為的重要工具，對于設(shè)計、調(diào)試和優(yōu)化射頻和微波電路至關(guān)重要。通常情況下，S參數(shù)通常使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA進(jìn)行測量，但傳統(tǒng)VNA一般尺寸較大。姜海濤介紹ADI的8端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀板卡級方案最大優(yōu)勢便是在緊湊的外形上，提供了10MHz～20GHz采樣頻率、-60dBm～10dBm不同信號電平范圍，可以無縫集成到各種射頻應(yīng)用的全面測試系統(tǒng)中，應(yīng)用于缺陷檢測和結(jié)構(gòu)分析相關(guān)的生產(chǎn)制造測試、多通道網(wǎng)絡(luò)分析及射頻特性測試等領(lǐng)域，并進(jìn)行多端口測量，極大地提高了測試效率。

該方案中采用了ADI最新的寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模擬前端ADL5960作為核心器件，包括電阻雙向橋、下變頻混頻器、可編程IF放大器和濾波器以及高度靈活的本振接口。同時該方案利用AD9083 ADC實現(xiàn)一次16個信號的采樣，將35個以上的ADI器件組合，實現(xiàn)了多功能模塊化的設(shè)計。

一站式軟硬件服務(wù)，加速儀器儀表技術(shù)發(fā)展

綜合來看，ADI全面且先進(jìn)的測試分析方案各有特點，能夠滿足苛刻的應(yīng)用需求，姜海濤強調(diào)：“它們通通具備小型化和易于集成等特點，超低失真波形發(fā)生器和采集模塊與阻抗測量分析模塊便是其中的典型，8端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀如果客戶希望做功能的增減，我們同樣會配合客戶提供對應(yīng)的設(shè)計服務(wù)，總結(jié)來說包括高壓SMU，我們的目標(biāo)是為客戶提供更有價值的一站式軟硬件服務(wù)。”

事實上，不止應(yīng)用于半導(dǎo)體自動化測試，有線和無線通信技術(shù)、自動駕駛汽車、儲能、AI/ML和云連接傳感器等技術(shù)的進(jìn)步有助于形成的物聯(lián)網(wǎng)等，也推動了對更高集成度、更快、更精密測量功能的需求。作為電子信息產(chǎn)業(yè)的細(xì)分領(lǐng)域，測試測量是產(chǎn)業(yè)鏈的重要節(jié)點，上可帶動通用芯片、電子元器件、基礎(chǔ)軟硬件等技術(shù)突破，下可輻射可再生能源、新能源汽車等與電子信息相關(guān)的熱門行業(yè)。相關(guān)行業(yè)媒體統(tǒng)計，2023年中國電子測試測量儀器行業(yè)市場規(guī)模擴大至410.4億元人民幣，預(yù)計到2025年，全球電子測試測量儀器行業(yè)市場規(guī)模將增長至172.72億美元，為技術(shù)提供商帶來了新的機遇。

ADI一直扮演著連接模擬與數(shù)字世界的橋梁角色，在該領(lǐng)域具有天然的先發(fā)優(yōu)勢——從精密放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電源管理、信號處理到射頻系統(tǒng)，ADI的產(chǎn)品和技術(shù)覆蓋了廣泛的領(lǐng)域，例如高壓SMU中高精度的ADC/DAC和極低的噪聲和失真，適用于需要極高準(zhǔn)確度的測量應(yīng)用；8端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中的接口技術(shù)使得測試測量設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，滿足大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用需求……

“面對日益擴大的測試測量儀器行業(yè)，我們期待與合作伙伴們繼續(xù)攜手，利用ADI超高精度與高效小型化技術(shù)，開發(fā)下一代電子測試與測量解決方案，為全行業(yè)轉(zhuǎn)型提供精確助力并加速儀器儀表的未來發(fā)展。”姜海濤展望道。