[发明专利]对自动测试设备内参数测量单元监测和控制的结构

说明书

本发明一般地涉及自动测试设备，更具体地说，本发明涉及在自动测试设备内使用可编程数字装置对参数测量单元进行监测和控制。

自动测试设备(也称为“测试器”)广泛用于测试半导体装置、印刷电路板以及其它电子部件和组件。许多测试器，尤其是那些用于测试半导体装置的测试器采用“插脚片结构”。这类测试器通常包括多个插脚片电路，各插脚片电路分别连接到受测装置(DUT)的各插脚。此外，各插脚片电路通常包括用于在DUT上的相关插脚上产生信号并对产生的信号进行测量的电路。

典型的测试器可以在几百到几千个插脚上产生信号并对产生的信号进行测量，各插脚具有自己的插脚片电路。这意味着在测试器内将插脚片电路复制几百次或几千次。因此，测试器使用有效利用面积和有效利用成本的电路非常重要。

此外，在进行典型测试期间，通常需要改变各插脚片电路使用的一个或几个模拟基准电压电平。尤其在对DUT的驱动电平和接收电平进行参数测试时需要这样做。

例如，可以产生序列基准电压电平并将产生的序列基准电压电平送到插脚片电路的某个部分。如果基准电压电平变化的产生和传送步骤需要大量时间，则完成整个测试过程的时间会非常长，尤其是在测试过程要求产生数百个不同基准电压的电平序列时。测试者传送要求的基准电压电平变化并迅速产生新的基准电压电平就非常重要。

然而，插脚片电路还必须产生高精度信号，并对产生的信号进行高精度测量。这是因为插脚片电路产生的信号精度低或对产生信号测量的精度低通常会影响测试结果的精度。尤其是在进行参数测试期间，插脚片电路产生稳定的电压电平和电流电平非常重要。此外，插脚片电路产生并测量的信号和电平必须适合于正在测试的半导体装置。

满足这种要求的一种方法是，组合使用不同的元件技术来设计插脚片电路。例如，组合使用CMOS元件技术和双极型元件技术设计插脚片电路。

主要因为CMOS元件要求的功率低，所以CMOS成为许多计算机和电子装置设计者的一项选择技术。因此，CMOS元件得到广泛应用并且相对价廉。此外，因为要求计算机和电子装置的运算速度更快、体积更小，所以这些年来显著地减小了CMOS元件的尺寸。因此，在利用CMOS技术设计插脚片电路部分过程中努力使该电路成本更低、更小型化。

然而，采用CMOS技术进行电路设计的一个缺点在于，会产生不稳定和不可预测的定时特性。例如，我们会发现对于相同的CMOS电路的定时特性会随元件的不同而不同。

此外，CMOS元件的定时特性还随温度发生变化。例如，随着CMOS元件处理的信号频率的增加，一般地也会增加CMOS元件的需用功率，这样会引起元件发热。温度增高会对通过CMOS元件的传播延迟产生影响。

通常，CMOS技术的此缺点不会严重影响大多数计算机和电子装置的性能，因为这些装置内的CMOS电路通常与内部时钟同步。这种同步设计技术经常应用于提高电子装置的稳定性和可预测性。

尽管插脚片电路的某些部分也可以与测试器内的时钟同步，但是插脚片电路的其它部分的定时不能同样实现同步。例如，插脚片电路在DUT的各插脚产生并测量信号的时间是由DUT确定的，而不是由测试器的内部时钟确定的。

因此，当在插脚片电路内使用CMOS技术实现产生定时信号的电路系统时，通常使用已知的补偿技术来提高CMOS电路系统的定时特性。在美国马萨诸塞州的TERADYNE^公司的第08/510,079号美国专利申请中对这种补偿技术进行了说明。

CMOS技术有时不用于实现插脚片电路的信号产生部分的另一个原因是，CMOS电路的驱动能力一般较低。

由于这些原因，所以在传统测试器内，经常采用双极型技术来实现插脚片电路的信号产生与测量部分。通常，采用双极型技术制造的电路的定时特性比CMOS电路的定时特性更稳定、更可预测。此外，双极型电路可以驱动和测量的信号的功率电平比CMOS电路可以驱动和测量的信号的功率电平高。

图1示出这种传统测试器100。测试器100包括：测试系统控制器110，测试系统控制器110包括专用计算机(未示出)；以及存储器124，用于存储测试结果和控制测试器100所需的信息。通常，利用CMOS技术实现测试系统控制器110和存储器124。这是因为测试系统控制器110和存储器124通常与测试系统时钟同步。此外，测试系统控制器110和存储器124均不需要驱动或接收高功率电平信号。

测试器100还包括多个插脚片电路114，插脚片电路114在DUT112的各插脚产生并测量信号，DUT112可以是分立半导体器件或者是半导体晶片上的多个芯片之一。