張國強，楊國牛

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

0 引言

模擬開關是一種重要的器件[1]，應用范圍較廣，可應用到音頻和視頻回路，以及自動測試設備、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)和航空電子設備等設備與系統(tǒng)中，在多路被測信號共用一路A/D轉換器的數(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轉換器進行轉換，以便計算機能對多路被測信號進行處理。電子多路開關根據(jù)其結構可分為雙極型晶體管開關、場效應晶體管開關和集成電路開關3種類型。在過去的使用中，單片集成COMS模擬開關一直是切換（路由）和開關模擬信號的首選器件，這種開關由一個P溝道和一個N溝道MOSFET并聯(lián)而成，柵極受外部驅動電路控制，構成一個寄生參數(shù)小、可雙向導通的低電阻開關器件[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，使用壽命期內失效率基本不變[3]。

具有高可靠性的電子元器件是通過設計并生產出來的，但是再好的生產控制程序和生產工藝也無法避免質量問題的存在。電子元器件的二次篩選已經被證明是有效保障電子元器件可靠性的重要手段。它能夠將其中有潛在缺陷的早期失效產品剔除，從而保證電子產品最終使用的可靠性，還可以評估和比較不同產品的質量和可靠性[4-5]。因此需要對集成電路模擬開關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)，也是提高產品可靠性的一種非常有效的手段。

1 模擬開關測試的理論方法

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）模擬輸入電壓調至規(guī)定值VS，將D端（漏極）電流源電流調至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求出模擬開關的導通電阻，如圖2所示。

圖2 導通電阻測試

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，使被測開關通路全部處于截止狀態(tài)，按照器件資料的規(guī)定，將S端模擬輸入電壓和D端模擬輸入電壓調至規(guī)定值，測出流經被測S端的電流，即為IS（OFF），測出流經被測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，需將非被測S端和D端短路對每個開關通路進行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，使被測開關通路處于導通狀態(tài)，按照器件資料的規(guī)定，將S端模擬輸入電壓調至規(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 導通電阻偏差大

在實際測試中，器件測試出的導通電阻值會比資料中標注的典型值偏大，這是因為，在實際的測試中器件與設備的多重轉接導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端漏電流測試不準確

器件的內部通道是由一個P溝道和一個N溝道MOSFET并聯(lián)而成，柵極受外部驅動電路控制，構成一個寄生參數(shù)小，可雙向導通的低電阻開關器件，如圖8所示。

圖8 模擬開關內部結構圖

3 實際中模擬開關的測試

由于模擬開關在實際測試中器件與測試設備必然存在多次接插件的轉接，所以我們在測試時應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，二者嚴格分開，各自構成獨立回路；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，所以電壓表可以準確地測出Rt兩端的電壓值，從而準確地測量出Rt的阻值。測試結果和r無關，有效地減小了測量誤差。

由于器件內部是MOSFET結構，因此漏電流一般都是nA級的微小電流，如果用設備直接進行加壓測流，則目前的設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，可以通過繼電器多次切換到輔助回路進行測量。

4 結束語

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。在模擬開關的測試中，前期設計測試回路與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阻引起導通電阻的偏差，減小因測試夾具和測試回路引入的漏電流，以保證測試結果的準確性。