PMU 精密测量单元

PMU（Precision Measurement
Unit，精密测量单元）用于精确的DC参数测量，它能驱动电流进入器件而去量测电压或者为器件加上电压而去量测产生的电流。PMU的数量跟测试机的等级有关，低端的测试机往往只有一个PMU，同过共享的方式被测试通道（test
channel）逐次使用；中端的则有一组PMU，通常为8个或16个，而一组通道往往也是8个或16个，这样可以整组逐次使用；而高端的测试机则会采用per
pin的结构，每个channel配置一个PMU。

1 驱动模式和测量模式（Force and Measurement Modes）

 

　　在ATE中，术语“驱动（Force）”描述了测试机应用于被测器件的一定数值的电流或电压，它的替代词是Apply，在半导体测试专业术语中，Apply和Force都表述同样的意思。在对PMU进行编程时，驱动功能可选择为电压或电流：如果选择了电流，则测量模式自动被设置成电压；反之，如果选择了电压，则测量模式自动被设置成电流。一旦选择了驱动功能，则相应的数值必须同时被设置。

 

　　2 驱动线路和感知线路（Force and Sense Lines）

 

　　为了提升PMU驱动电压的精确度，常使用4条线路的结构：两条驱动线路传输电流，另两条感知线路监测我们感兴趣的点（通常是DUT）的电压。这缘于欧姆定律，大家知道，任何线路都有电阻，当电流流经线路会在其两端产生压降，这样我们给到DUT端的电压往往小于我们在程序中设置的参数。设置两根独立的（不输送电流）感知线路去检测DUT端的电压，反馈给电压源，电压源再将其与理想值进行比较，并作相应的补偿和修正，以消除电流流经线路产生的偏差。驱动线路和感知线路的连接点被称作“开尔文连接点”。

 

　　3 量程设置（Range Settings）

 

　　PMU的驱动和测量范围在编程时必须被选定，合适的量程设定将保证测试结果的准确性。需要提醒的是，PMU的驱动和测量本身就有就有范围的限制，驱动的范围取决于PMU的最大驱动能力，如果程序中设定PMU输出5V的电压而PMU本身设定为输出4V电压的话，最终只能输出4V的电压。同理，如果电流测量的量程被设定为1mA，则无论实际电路中电流多大，能测到的读数不会超过1mA。值得注意的是，PMU上无论是驱动的范围还是测量的量程，在连接到DUT的时候都不应该再发生变化。这种范围或量程的变化会引起噪声脉冲（浪涌），是一种信号电压值短时间内的急剧变化产生的瞬间高压，类似于ESD的放电，会对DUT造成损害。

 

　　4 边界设置（Limit Settings）

 

　　PMU有上限和下限这两个可编程的测量边界，它们可以单独使用（如某个参数只需要小于或大于某个值）或者一起使用。实际测量值大于上限或小于下限的器件，均会被系统判为不良品。

 

　　5 钳制设置（Clamp Settings）

 

　　大多数PMU会被测试程序设置钳制电压和电流，钳制装置是在测试期间控制PMU输出电压与电流的上限以保护测试操作人员、测试硬件及被测器件的电路。

 

　　当PMU用于输出电压时，测试期间必须设定最大输出电流钳制。驱动电压时，PMU会给予足够的必须的电流用以支持相应的电压，对DUT的某个管脚，测试机的驱动单元会不断增加电流以驱动它达到程序中设定的电压值。如果此管脚对地短路（或者对其他源短路），而我们没有设定电流钳制，则通过它的电流会一直加大，直到相关的电路如探针、ProbeCard、相邻DUT甚至测试仪的通道全部烧毁。

 

　　图2显示PMU驱动5.0V电压施加到250ohm负载的情况，在实际的测试中，DUT是阻抗性负载，从欧姆定律I=U/R我们知道，其上将会通过20mA的电流。器件的规格书可能定义可接受的最大电流为25mA，这就意味着我们程序中此电流上限边界将会被设置为25mA，而钳制电流可以设置为30mA。

 

　　如果某一有缺陷的器件的阻抗性负载只有10ohm的话，在没有设定电流钳制的情况下，通过的电流将达到500mA，这么大的电流已经足以对测试系统、硬件接口及器件本身造成损害；而如果电流钳制设定在30mA，则电流会被钳制电路限定在安全的范围内，不会超过30mA。

 

　　电流钳制边界（Clamp）必须大于测试边界（Limit）上限，这样当遇到缺陷器件才能出现fail；否则程序中会提示“边界电流过大”，测试中也不会出现fail了。

 

　　当PMU用于输出电流时，测试期间则相应地需要进行电压钳制。电压钳制和电流钳制在原理上大同小异