淺談MEMS芯片測(cè)試中的并行測(cè)試

一 什么是MEMS

微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro Mechanical System）是指尺寸在幾毫米乃至更小的傳感器裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)，是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)。受益于普通傳感器無(wú)法企及的 IC硅片加工批量化生產(chǎn)帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)，MEMS同時(shí)又具備普通傳感器無(wú)法具備的微型化和高集成度。

二 MEMS的特點(diǎn)

1）微型化：MEMS器件體積小，一般單個(gè)MEMS傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計(jì)量單位，重量輕、耗能低。

2）硅基加工工藝，可兼容傳統(tǒng)IC生產(chǎn)工藝：硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度類似鋁，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢，同時(shí)可以很大程度上兼容硅基加工工藝。

3）批量生產(chǎn)：以單個(gè) 5mm*5mm 尺寸的 MEMS 傳感器為例， 用硅微加工工藝在一片 8 英寸的硅片晶元上可同時(shí)切割出大約 1000 個(gè) MEMS 芯片， 批量生產(chǎn)可大大降低單個(gè) MEMS 的生產(chǎn)成本。

4）集成化：一般來(lái)說(shuō)，單顆MEMS 往往在封裝機(jī)械傳感器的同時(shí)，還會(huì)集成ASIC芯片，控制MEMS芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。

5）多學(xué)科交叉：MEMS涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。

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三 MEMS的原理及應(yīng)用

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典型的MEMS 系統(tǒng)如圖所示。每一個(gè)微系統(tǒng)可以采用數(shù)字或模擬信號(hào)（電、光、磁等物理量）與其它微系統(tǒng)進(jìn)行通信。MEMS 將電子系統(tǒng)與周圍環(huán)境有機(jī)結(jié)合在一起，微傳感器接收運(yùn)動(dòng)、光、熱、聲、磁等自然界信號(hào)，信號(hào)再被轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)能夠識(shí)別、處理的電信號(hào)，部分 MEMS 器件可通過(guò)微執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對(duì)外部介質(zhì)的操作功能。

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物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)主要包括三部分：感知層、傳輸層和應(yīng)用層。

感知層的作用主要是獲取環(huán)境信息和物與物的交互，主要由傳感器、微處理器和 RF 無(wú)線收發(fā)器等組成；傳輸層主要用于感知層之間的信息傳遞，由包括 NB IOT、Zig Bee、Thread、藍(lán)牙等通訊協(xié)議組成；應(yīng)用層主要包括云計(jì)算、云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘以及人機(jī)交互等軟件應(yīng)用層面構(gòu)成。

感知層傳感器處于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的最底層，是數(shù)據(jù)采集的入口，物聯(lián)網(wǎng)的“心臟”，有著巨大的發(fā)展空間。

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四 MEMS的生產(chǎn)測(cè)試

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近幾年來(lái)設(shè)備制造商普遍采用多DUT測(cè)試來(lái)大幅縮短整體測(cè)試時(shí)間，但是更復(fù)雜的技術(shù)出現(xiàn)以及產(chǎn)品周期的不斷縮短進(jìn)一步增加了減少測(cè)試時(shí)間和成本的壓力。這里來(lái)研究和比較各種多DUT測(cè)試方案，

常見(jiàn)的測(cè)試流程以下面以4個(gè)site的器件測(cè)試為例，C表示控制，TX表示寫(xiě)功能，RX表示讀功能

1.串行測(cè)試 在傳統(tǒng)的測(cè)試計(jì)劃中，設(shè)備通過(guò)一個(gè)由夾具和支持的測(cè)試設(shè)備進(jìn)行串行測(cè)試。測(cè)試順序與圖中所示的時(shí)間框圖相似。此類測(cè)試應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)是流程淺顯易懂且容易實(shí)現(xiàn)。然而，這種方法并沒(méi)有利用任何類型的軟件或硬件并行機(jī)制，從而導(dǎo)致所有DUT啟動(dòng)期間，未工作的測(cè)試資源的浪費(fèi)。

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2.流水線測(cè)試 利用多線程并行軟件架構(gòu)和外部開(kāi)關(guān)電路，已經(jīng)完成啟動(dòng)的DUT在執(zhí)行讀寫(xiě)測(cè)試時(shí)，并行軟件線程可控驅(qū)動(dòng)下一個(gè)DUT的啟動(dòng)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)試的流水線執(zhí)行。這種方法減少了測(cè)試資源的等待時(shí)間，如圖所示。

3.分段并行測(cè)試 另一種減少測(cè)試時(shí)間的方法是通過(guò)向多個(gè)DUT發(fā)送相同的測(cè)試指令來(lái)同時(shí)執(zhí)行多個(gè)讀測(cè)試。這個(gè)測(cè)試方法可以保持讀功能的同步性，通過(guò)將每個(gè)DUT分配到相應(yīng)的軟件線程，所有DUT均可同時(shí)啟動(dòng)。

4.并行測(cè)試 本文所談的并行測(cè)試指的是從硬件上就同時(shí)對(duì)DUT進(jìn)行讀寫(xiě)測(cè)試，每個(gè)DUT都是同時(shí)的，這種方法的測(cè)試時(shí)間是最短，測(cè)試效率最高，這種方式與前面相比，沒(méi)有借助軟件層面的多線程幫助，完全通過(guò)硬件觸發(fā)讀寫(xiě)模式，進(jìn)行全功能的并行測(cè)試。

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五 MEMS測(cè)試板卡

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PXI是一種基于PC的堅(jiān)固測(cè)試平臺(tái)，提供了用于測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的高性能、低成本部署解決方案。

PXI結(jié)合了PCI Express的電氣總線特性與堅(jiān)固的機(jī)械封裝，并增加了用于制造測(cè)試的專用同步總線和主要軟件特性。這種強(qiáng)大的組合為設(shè)備制造商測(cè)試提供了目前市場(chǎng)上具有最高吞吐量和最低延遲數(shù)據(jù)總線的解決方案之一，它顯著地降低了測(cè)試時(shí)間。

PXI的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是嵌入式計(jì)算機(jī)，通常也稱為PXI嵌入式控制器，其在緊湊的外形結(jié)構(gòu)中提供了最新的高性能CPU處理器。這種模塊化特性可允許用戶在出現(xiàn)新技術(shù)時(shí)以相對(duì)低的成本升級(jí)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。

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六 UI X6220

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UI X6220是由聯(lián)合儀器研發(fā)設(shè)計(jì)，針對(duì)數(shù)字MEMS芯片的測(cè)試板卡。此板卡采用PXI架構(gòu)，可靠性高，擴(kuò)展性好，采用的就是本文所說(shuō)的最后一個(gè)的并行測(cè)試

當(dāng)搭配PXI平臺(tái)和基于真正意義的并行測(cè)試時(shí)，MEMS測(cè)試板卡就成為大規(guī)模多DUT制造測(cè)試的理想設(shè)備。此外，MEMS測(cè)試板卡還具有pmu per pin的功能，可測(cè)試許多芯片的功能指標(biāo)，包括OS、IIH/IIL、VOH/VOL、VIH/VIL IDD等，常常具有業(yè)界領(lǐng)先的性能和測(cè)試時(shí)間。

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板卡特點(diǎn)：

n 32路通道，每通道PMU功能

n FV，MI，F(xiàn)I，MV功能

n 10MHz速率

n 16路I2C通訊功能

n 8路SPI通訊功能

n 8個(gè)電流量程：±32mA,±8mA, ±2mA, ±512uA, ±128uA, ±32uA,±8uA, ±2uA

n 電壓量程 -1V ~+10V

n 可以支持多site并行同步測(cè)試

n 可以根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展

n 底層API基于C開(kāi)發(fā)，

n支持VC，VC++，Labwindows/CVI，Labview等

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