ZHCAC82 February 2023 ADS9815 , ADS9817
引言
自动测试设备 (ATE) 机架包含各种仪器卡，可用于测试半导体。一个示例是电压-电流 (VI) 源卡。VI 卡的功能是提供精确稳定的电压和电流源，这些源对于测试半导体器件的电气特性至关重要。在测试过程中，VI 卡通常连接到被测器件 (DUT)，而该卡提供的电压和电流用于激励 DUT 并使用模数转换器 (ADC) 测量响应。然后，可以分析这些测量结果以确定器件的电气性能，并确定任何潜在缺陷。
VI 卡专为各种应用而设计，具有高精度、高分辨率、快速响应时间等特性，并具有可编程电压和电流范围。某些 VI 卡还包括数据采集和处理功能等附加功能，以便进行更高级的测试和分析。
VI 卡包含多个子系统通道，如图 1-1 所示。更多的 VI 通道可实现 DUT 并行测试，同时减少测试时间和成本。
图 1 ATE 简化框图中的引脚电子子系统用于引脚电子产品的 ADC
参数测量单元 (PMU) 会为 DUT 生成激励（电压和电流），并具有模拟信号链来检测来自 DUT 的电压和电流。PMU 可以是单独的元件，也可以集成到应用特定集成电路 (ASIC) 中。精密 ADC 会将 PMU 的模拟测量输出数字化，以确保测试结果可重复且一致，这对于半导体行业的质量控制和制造工艺至关重要。
ADS9817 是一款基于 18 位逐次逼近寄存器 (SAR) 架构的八通道数据采集 (DAQ) 系统。ADS9817 的每个通道都具有一个完整的模拟前端，其中包含过压输入钳位、1MΩ 输入阻抗、独立的可编程增益放大器 (PGA)、可编程低通滤波器 (LPF) 和 ADC 输入驱动器。ADC 还具有一个低漂移精密基准以及一个用于驱动 ADC 的缓冲器。
ADS9817 具有用户可编程的模拟输入范围，支持与 PMU 的模拟测量输出直接连接。这减少了 PMU 输出和 ADC 输入之间额外放大器产生的误差。
在给定的温度范围内，引脚电子子系统的测量精度取决于 PMU 和 ADC 误差的热漂移。散热器可用于减少 PMU 和 ADC 的温度变化。ADC 的测量精度可使用总体未调误差 (TUE) 进行计算，如表 1-1 所示。为了提高精度，PMU 和 ADC 可以共享一个共同的基准电压，如图 1-2 所示。可以使用 VI 卡上的校准电路校准测量中的偏移和增益误差，以提高精度。
| 条件 | INL (ppm) | 偏移量误差 (ppm) | 增益误差 (ppm) | TUE (ppm) | 精度 |
|---|---|---|---|---|---|
| 25°C 时的 TUE | 9.5 | 25 | 305 | 306 | 0.0306% |
| 校准后 25°C 时的 TUE | 9.5 | 0 | 0 | 9.5 | 0.0009% |
| 校准后 25°C ±5°C 时的 TUE | 9.5 | 2.5 | 5 | 11 | 0.0011% |
引脚电子子系统可以使用多路复用器或开关将多个 PMU 输出连接到一个 ADC 通道，如图 1-2 所示。这样可以增加 VI 卡上引脚电子器件的通道数。采样率和模拟输入带宽必须足够高，以便准确捕获 PMU 产生的快速变化信号，这可能导致测量中出现显著误差。
图 2 引脚电子产品中的多路复用 PMU 输出ADS9817 具有每通道 2MSPS 采样率以及高达 400kHz 的用户可选模拟输入带宽，如图 1-3 和图 1-4 所示。凭借宽模拟输入带宽，ADS9817 可以对 ADC 模拟输入端快速变化的信号进行采样，如图 1-5 和图 1-6 所示。
图 3 输入范围内的低噪声 LPF 频率响应
图 5 ±5V 范围内 ADS9817 模拟输入上双极步进的稳定时间
图 4 输入范围内的宽带宽 LPF 频率响应
图 6 ±5V 范围内 ADS9817 模拟输入上单极步进的稳定时间数据传输必须快速可靠，并具有低延迟，以便将测量数据实时传输到现场可编程栅阵列 (FPGA)，从而尽可能缩短 DUT 测试的延迟。ADS9817 采用具有 FPGA 的源同步接口，此接口针对高速数据传输进行了优化。ADS9817 输出数据和数据时钟，从而消除与 SPI 相关的延迟。这简化了用于高速 ADC 数据接口的 FPGA 上的时序闭合。ADS9817 支持与 1.2V 至 1.8V IO 电平兼容的数字接口，因此无需外部逻辑电平转换器和相关的传播延迟。
图 7 具有 FPGA 的源同步高速数据接口可使用 8 通道 ADS9817 实现高通道数 VI 卡，该器件可直接与 PMU 的模拟输出和 FPGA 的数字输入相连。