脈沖發(fā)生器的評(píng)價(jià)

　　最近幾年，人們研制出了新的測(cè)試技術(shù)，以迎接業(yè)界新標(biāo)準(zhǔn)快速發(fā)展所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，例如半導(dǎo)體和通信技術(shù)。脈沖測(cè)試就是其中一種技術(shù)。

脈沖測(cè)試

　　高級(jí)半導(dǎo)體器件以及RF器件（例如高速串行通信鏈路）的測(cè)試廣泛應(yīng)用在具有脈沖產(chǎn)生功能的儀器中。無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)室中還是在生產(chǎn)線上，脈沖生成器或測(cè)試圖案生成器都被廣泛用于各種應(yīng)用場(chǎng)合。

　　研究人員常常需要給DUT（待測(cè)器件）加載單個(gè)脈沖或一系列脈沖，或者以特定速率加載某些已知的數(shù)據(jù)矢量，從而測(cè)試器件的性能。例如，脈沖發(fā)生器可以產(chǎn)生單個(gè)脈沖，用于瞬態(tài)測(cè)試，判斷該器件的傳遞函數(shù)，進(jìn)而測(cè)試待測(cè)材料的特性。脈沖/碼型發(fā)生器常常配置在包含源測(cè)量單元、數(shù)字萬(wàn)用表、伏特計(jì)、轉(zhuǎn)換器和示波器的測(cè)試系統(tǒng)。

脈沖測(cè)試的需求

　　電子電路的工作速度越來(lái)越快，這就導(dǎo)致器件尺寸不斷縮小，新材料不斷投入使用，設(shè)計(jì)也更加復(fù)雜。這些變化提高了電路的功耗密度，降低了其可靠性，帶來(lái)了新的失效機(jī)制，所有這些因素對(duì)于器件壽命都有重要的影響。同樣，這些電路中的模擬部件在高速情況下具有完全不同的特性，因此不能使用傳統(tǒng)的直流測(cè)試方法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

　　要想檢驗(yàn)新的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者所使用的測(cè)試設(shè)備必須能夠產(chǎn)生具有較高速度的仿真時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)，這樣被測(cè)電路的工作情況才會(huì)比較真實(shí)。脈沖的寬度必須非常小，達(dá)到幾個(gè)納秒的量級(jí)，脈沖測(cè)試才能克服直流測(cè)試技術(shù)所固有的缺陷問(wèn)題。

　　此外，由于器件尺寸變得越來(lái)越小，人們對(duì)脈沖測(cè)試技術(shù)的要求也變得越來(lái)越苛刻。較小的DUT更容易受到器件自身發(fā)熱的影響，從而可能會(huì)破壞或損傷該部件，或者改變其對(duì)測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)，掩蓋用戶希望得到的響應(yīng)結(jié)果。脈沖測(cè)試常用于測(cè)試納米器件的特性。

　　先進(jìn)的IC技術(shù)采用了新的材料，具有新的失效機(jī)制，這是常規(guī)的直流測(cè)試技術(shù)難以勝任的。直流測(cè)試方法對(duì)于半導(dǎo)體器件柵介質(zhì)的電荷捕獲特性具有明顯的局限性。問(wèn)題在于，這些直流測(cè)試技術(shù)需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間周期。

　　在器件發(fā)展過(guò)程中，諸如SET（single-electron transistor，單電子晶體管）、傳感器和其他一些實(shí)驗(yàn)性器件常常表現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)。要想表征這些性質(zhì)而不破壞其結(jié)構(gòu)，就要求測(cè)試系統(tǒng)能夠密切控制信號(hào)源的強(qiáng)度，防止器件自身發(fā)熱過(guò)大。為了控制器件的產(chǎn)生功耗，就需要高度精確和可編程的上升和下降時(shí)間。
電壓脈沖產(chǎn)生的脈沖寬度比電流脈沖窄得多，因此它常用于熱遷移之類的實(shí)驗(yàn)中，其中人們所關(guān)注的時(shí)間幀一般不足幾百納秒。

追求的目標(biāo)

　　半導(dǎo)體、納米器件和高速部件測(cè)試中所使用的儀器在價(jià)格預(yù)算和上市時(shí)間方面都有很大的限制。但是，這些測(cè)試儀器的測(cè)量質(zhì)量、機(jī)架結(jié)構(gòu)或測(cè)試臺(tái)空間、易用性等指標(biāo)都不能因此而打折扣。設(shè)計(jì)者需要使用脈沖發(fā)生器來(lái)滿足當(dāng)前以及今后的測(cè)試需求。

　　除了脈沖上升和下降時(shí)間這類參數(shù)之外，我們?cè)谠u(píng)價(jià)某個(gè)脈沖/碼型發(fā)生器時(shí)必須注意三個(gè)關(guān)鍵的特性：靈活性、保真度和易用性。首先，靈活性對(duì)于一個(gè)好的脈沖發(fā)生器是十分必要的，因?yàn)橛脩艨梢钥刂埔恍┲匾�的信�?hào)參數(shù)，例如幅值、上升和下降時(shí)間、脈沖寬度和輸出信號(hào)的占空比。

　　如果改動(dòng)一個(gè)參數(shù)，另一個(gè)參數(shù)也會(huì)隨之而改變，這種參數(shù)之間的相關(guān)性會(huì)降低儀器的靈活程度。因此，當(dāng)你調(diào)整某個(gè)脈沖信號(hào)的上升時(shí)間時(shí)，它的幅值應(yīng)該保持不變，這種受控的測(cè)試功能是非常必要的。對(duì)關(guān)鍵信號(hào)參數(shù)的相關(guān)性控制能夠提高測(cè)試儀器在不同應(yīng)用場(chǎng)合的靈活性和可用性。

　　脈沖發(fā)生器的保真度受脈沖信號(hào)過(guò)沖（overshoot）或下降（droop）幅度的影響，這有可能使測(cè)試儀無(wú)法滿足應(yīng)用場(chǎng)合的需求。而且，應(yīng)用所需的配置和電纜連接情況可能使這些不良影響變得更糟糕。這時(shí)，如果采用一種能夠把這些不良影響降至最小的測(cè)試儀器將有助于解決配置上的問(wèn)題。

　　當(dāng)涉及測(cè)試儀器的保真度時(shí)，要仔細(xì)閱讀它的說(shuō)明規(guī)范。諸如上升時(shí)間或下降時(shí)間這樣的參數(shù)一般設(shè)定為10%～90%，或者20%～80%，但是使用20%～80%能夠使較慢的脈沖看上去具有較快的上升時(shí)間，這種脈沖的實(shí)際保真度可能大大降低了。