正达电子元器件综合检测仪系列论文】



[新技术]模拟多路复用器动态性能测试和综合性能筛选



摘要:【正达电子元器件综合检测仪系列论文】正达测试仪率先实现模拟多路复用器功能测试,并成功应用2000kHz测试频率对模拟器件的动态性能进行测试。这是继采用2000kHz测试频率筛选数字器件综合性能之后的又一技术突破,为今后测试其它类型模拟器件的动态性能奠定了基础。


关键词:模拟多路复用器;2000kHz测试频率;动态性能;综合性能


0.前言

    旅游部门评定酒店。A城市评定方法:只对酒店做外观观察。若某酒店门窗破损外墙皮脱落,一定不是好酒店。若某酒店门窗完好外墙干净,应该是好酒店。通过改进观察技术,发现某酒店一块玻璃上存在一小块灰尘,或许不是好酒店。B城市评定方法:除了外观观察之外,一定要进入酒店内部。检查酒店的软硬件设施和服务运转情况。

    A城市的评定方法简单便捷。有合理性,也有盲目性。就如同使用电路测试仪对器件进行VI曲线测试。B城市的评定方法科学准确,结论可靠。就如同使用电路测试仪对器件进行功能测试。

    本文为:器件功能测试之——对模拟多路复用器动态性能测试和综合性能筛选。


1.2000kHz测试频率和模拟器件工作频率

    评价集成电路性能的重要指标:1.速度(延迟/工作频率),2.功耗,3.功能性和可靠性。体现出集成电路的综合性能。其中:速度是动态性能的一个指标,也最能反映集成电路的综合性能。

    以前电路测试仪的测试频率很低(50kHz以下),测试频率对数字器件功能测试的影响没有被充分认识。第三代ZD9610测试仪2000kHz测试频率广泛深入的应用实践表明,测试频率和数字器件的工作频率之间存在密切联系。即:数字器件对高频测试信号的正确响应能力与器件工作频率相对应。也就是说,数字器件工作频率越高,所能通过功能测试的测试频率也越高。请详见论文《[前沿]2000kHz测试频率在元器件检测筛选中的应用》一文。

    那么2000kHz测试频率对模拟器件检测筛选是否也同样适用呢?

    要想回答这个问题,需要通过测试实践去尝试,去验证。适逢北京正达公司应用户要求,正在准备开发模拟多路复用器功能测试,因此首先尝试在模拟多路复用器功能测试中应用2000kHz测试频率进行动态性能测试。


1.1验证器件的选择

    ADG506AKN和AD7506JN是16路模拟多路复用器,可以选通/传输16路模拟信号和数字信号。两种器件外观/结构/功能/电源等完全相同。见图1.在相同检测条件下进行动态性能测试。即:测试电缆的长度和测试插座的规格完全相同,对两种器件所施加的测试信号也完全相同。


图1


1.2模拟多路复用器ADG506AKN的PDF资料

    模拟多路复用器ADG506AKN的PDF资料截屏。见图2.开关延迟时间最大值为400ns.(0.4µs)


图2


1.3模拟多路复用器AD7506JN的PDF资料

    模拟多路复用器AD7506JN的PDF资料截屏。见图3.开关延迟时间最大值为1.5µs.几乎是ADG506AKN的4倍。可见:ADG506AKN比AD7506JN速度快很多。


图3


1.4检测结果

    在相同检测条件下验证,ADG506AKN能够通过功能测试的最高频率为1800kHz,AD7506JN能够通过功能测试的最高频率为500kHz.和这两个器件自身频率特性相对应。即:模拟器件工作频率越高,速度越快,所能通过功能测试的测试频率也越高。

    这项验证表明:2000kHz测试频率绝非只能用于对数字器件检测筛选,在模拟器件检测筛选中同样适用。


1.5其它测试结果

    仅仅对ADG506AKN和AD7506JN这两个器件进行测试验证是不全面的,测试验证结果或许带有一些偶然性。正达测试仪模拟多路复用器功能测试器件库有数百种之多,除对ADG506AKN和AD7506JN测试验证外,其它大量的测试结果同样支持以上结论。


2.模拟多路复用器ADG506AKN和AD7506JN功能测试


2.1器件放置和电源施加

    正确连接离线测试板。安装并连接1号60芯扁平测试电缆,离线测试板和测试仪必须共地。应将被测模拟多路复用器放置在48管脚双列直插测试插座中。管脚1脚向上,和插座顶部对齐。

    ADG506AKN和AD7506JN外观/结构/功能/电源施加等完全相同。依照系统测试提示,通过拨码开关为管脚1施加+12V,管脚27施加-12V,管脚12接地。连接+12V和-12V测试电源线。见图4.


图4


2.2对ADG506AKN和AD7506JN功能测试

    模拟多路复用器的器件库有数百种之多。可以对被测模拟多路复用器连续完成功能测试和VI曲线测试。图5.


图5


    模拟多路复用器ADG506AKN不能在2000kHz测试频率下稳定地通过功能测试,可以在1800kHz测试频率下稳定地通过功能测试。见图6.


图6


    模拟多路复用器AD7506JN无法在1800kHz测试频率下通过功能测试。见图7.通过尝试着不断降低测试频率后发现:AD7506JN只能在最高500kHz测试频率下稳定地通过功能测试。

    备注:管脚28是ADG506AKN和AD7506JN的输出管脚。


图7


3.2000kHz测试频率对模拟器件检测筛选的意义

    和时间/频率特性相关的测试属于动态测试,反映出的正是模拟器件的动态性能。对于同型号模拟器件而言,能够通过功能测试的测试频率越高,器件的动态性能越好,其综合性能也越好。

    在低频测试环境下进行功能测试,模拟多路复用器可以轻易通过功能测试,无法反映不同器件之间的动态性能差异。

    例如:如果测试频率只采用1kHz,ADG506AKN和AD7506JN都必然能够通过功能测试。这两种类型器件之间的动态性能差异无法体现。同时,对于同种ADG506AKN或同种AD7506JN各自一批器件之间的动态性能差异也无法体现。

    可见,大幅提高模拟器件功能测试的测试频率,能够筛选模拟器件的综合性能。若将某个性能完好模拟器件所能通过功能测试的最高测试频率作为标准样本,就可以严格筛选该类器件。

    例如上述例子:ADG506AKN能够正确通过功能测试的最高测试频率是1800kHz,倘若有100片ADG506AKN器件,其中95片能够在1800kHz测试频率时通过功能测试,5片不能在1800kHz测试频率时通过功能测试,必须降低测试频率才能够通过功能测试。则这5片ADG506AKN器件综合性能下降,不能应用在重要场合。

    低频测试环境下的模拟器件功能测试是静态测试。VI曲线测试不但不是功能测试,也不涉及器件的频率特性。因此,这些方法都无法测试模拟器件的动态性能,无法筛选模拟器件的综合性能。


4.VI曲线测试的作用和局限性

    对模拟多路复用器功能测试结束后,还会自动完成VI曲线测试。以对ADG506AKN进行VI曲线对比测试为例。见图8.

    说明:每个管脚VI曲线对比测试结果完全重合。红线(当前ADG506AKN的VI曲线)和蓝线(样本器件VI曲线)重合混为一体,最大误差0.3%.

    管脚12(ADG506AKN地管脚)呈现垂直短路形状,出现最大电流,是测试参考管脚。

    管脚2,3,13呈现水平开路形状,未形成电流。它们是ADG506AKN器件中的3个空脚。

    管脚1是ADG506AKN的正电源管脚,管脚27(在下一屏)是ADG506AKN的负电源管脚,其VI曲线形状与其它同性质管脚(如:输入管脚)的VI曲线形状有所不同。


图8


    VI曲线测试是对模拟多路复用器综合性能筛选的重要补充。一方面可以确认器件故障,观察同性质管脚阻抗特性的一致性。同时由于不同厂家器件的VI曲线形状有差异,对于直观区分器件厂家也有帮助。但是要强调的是:VI曲线测试是通过器件管脚阻抗特性进行故障分析,不属于功能测试。而且与器件的频率特性无关。

    应当说,VI曲线测试也能解决一些元器件的筛选问题。但可以发现的问题通常已是很严重的器件故障,因为管脚阻抗特性发生改变意味着器件静态性能下降,器件已经功能损坏或接近功能损坏。

    管脚阻抗特性发生改变,器件综合性能必然会下降很多,在功能测试时的测试频率上也必然会体现出来。表现形式是:器件所能通过功能测试的最高测试频率较之好器件会大幅下降。更多情况是:无论测试频率降至多少,器件也不能通过功能测试。

    VI曲线测试在判别器件故障时作用会明显一些,更适合用在电路板维修和元器件故障判别。但是对于检测筛选出动态性能不佳、综合性能下降而又远未达到功能损坏程度的模拟器件没有效果。

    同时对于模拟器件来说还有这样一个现象,例如:集成运放器件,有时即使是非常严重的器件功能故障,VI曲线测试也经常发现不了。只有通过集成运放功能测试才能够测试判别。这点提示我们:只对模拟器件进行VI曲线测试时,即使器件通过VI曲线测试,也不要完全相信测试结果。北京正达公司在长期的维修实践中积攒了许多这种情况的模拟器件,功能测试失败,无法正常工作,而VI曲线测试完全正常。如果对这种情况有兴趣,欢迎进行交流。


5.其它类型模拟器件

    许多模拟器件对动态性能有严格的要求,动态性能是其重要的工作指标。例如:电压比较器、模拟开关和光耦等。比如在实际应用中,个别光耦器件在高速情况下工作不正常,动态性能下降很多。如果只在低频测试环境下进行一般性的光耦功能/参数测试,这种问题根本无法发现。

    对于电压比较器、模拟开关以及光耦等模拟器件功能测试,在不久的将来,也要引入2000kHz测试频率这种检测条件。不但测试器件基本功能,还要筛选综合性能。对当下较难检测的模拟器件动态性能问题提供一种有效的解决路径。


6.结语

    2000kHz测试频率是对集成电路检测手段的重要突破。对于数字器件和模拟器件都是如此。2000kHz测试频率使集成电路功能测试跨入动态性能测试和综合性能筛选的新阶段。

2017年07月12日

※正达故障电路板维修仪器:[答疑]真的可以两个人同时各自独立进行VI曲线测试吗
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