“工欲善其事，必先利其器”。科学史上的许多重大突破，往往源于新的观测手段和测量技术的进步。在现代电子工业中，半导体器件作为核心组件，其性能和可靠性直接决定了最终产品的品质和功能，对这些器件进行精确全面的测试测量变得尤为重要。近日在行业重磅展会上，全球领先的半导体公司ADI在现场带来了仪器仪表应用领域的一系列创新方案，如ADI仪器仪表事业部高级市场经理姜海涛所表示，这些板卡级方案以高精度、小型化以及易于集成的优势，契合客户痛点，是新时代电子测试测量的标杆样本。
激增的市场，如何满足半导体自动化测试多样化需求？
在电子测试测量领域，半导体自动化测试系统能够对芯片进行大规模、高精度的测试，涵盖从晶圆到最终封装的各个环节，是确保电子器件能够满足严格规范的关键工具。随着AI、5G通信、物联网、汽车电子等市场的蓬勃发展，对半导体器件的需求量大幅增加，也进一步推高了对高效、精确的自动化测试解决方案的需求。据QYResearch调研团队报告显示，预计2030年全球半导体自动测试设备市场规模将达到89.7亿美元，未来几年年复合增长率CAGR为7.2%。
“半导体自动化测试设备无论是实现模拟、数字、分立器件抑或是RF测试等场景，在更高精度、更快测试速度和更大灵活性背后，反映出的都是对其核心测量方案更高性能的共性要求。”姜海涛表示这正是ADI强大的精密信号链与仪器仪表技术能发挥的优势所在。
另一方面，半导体自动化测试市场竞争还体现在设备的延展性上，测试机的测试覆盖范围越广，能够测试的项目越多，就越受客户青睐。姜海涛表示，集成化的自动化测试系统能够在单一平台上完成多项测试任务，减少了设备间的切换时间和复杂性，对于测试单元实现方案的小型化与拓展性就更为看中。此外，能够提供可定制化的解决方案，或根据具体应用场景进行功能性调整，以满足多样化的测试需求，也是客户看重的关键因素之一。
“面对半导体自动化测试领域的种种挑战，ADI仪器仪表测试测量方案不仅在性能上表现出色，还具备高度的灵活性和易扩展性，能轻松融入客户的现有系统之中，成为众多高端测试设备制造商的优选。”姜海涛自信地表示。
兼具高精度与高集成度，打造电子测试测量的创新标杆
在半导体自动化测试系统中，高保真信号发生器通常用于生成各种模拟和数字信号，包括正弦波、方波、脉冲波等，提供非常纯净和稳定的信号输出，以确保测试的一致性和可重复性，或通过模拟真实环境中的噪声干扰，评估器件在恶劣条件下的性能，如测试振荡器等器件的频率稳定性等。采集测量模块则用于捕捉被测设备的响应信号，并将其转换成数字数据供后续处理，通常需要具备高速采样率和高分辨率，以保证测试数据的质量。
据姜海涛介绍，基于ADMX1001 和 ADMX1002 的超低失真波形发生器和采集模块最大的特点便是在非常小的体积上集成了高保真的信号发生和采集功能——ADMX100x 采用专有的数字预失真 (DPD) 算法，可实现优异的总谐波失真 (THD) 性能，具有出色的信号保真度与低噪声性能，专为高分辨率测试精心设计，可与ADC、音频编码解码器和复杂的音频系统无缝集成。“该模块在1KHz实现了-130 dB THD，能对标标准信号源输出的精度，在精密的ADC测量以及一些音频测量方面具有广泛的应用，但更具备小型化特征，非常容易集成到客户的设备中，直接通过SPI接口和标准API函数进行调用，极大地简化了集成过程。”姜海涛补充到。
阻抗测量分析模块专门用于评估电子器件在不同频率下的阻抗特性，包括电阻、电容、电感等，这对于高频电路和RF组件尤为重要，有助于确保器件在实际工作环境中的稳定性。高性能精密阻抗测量分析模块ADMX2001B是一个完整的软硬件集成的解决方案，可简化阻抗测量系统的开发过程或可用于增强现有测试平台的功能。
通过使用高性能混合信号和处理算法，ADMX2001B可测量小至0.1fF的电容以及高达1GΩ的电阻值变化，内置测量算法使ADMX2001B能够提供采用多种格式的完全校准复阻抗或导纳测量结果，包括电阻、电容和电感的并联和串联组合，能够应用于半导体器件测试、电子元件测试、传感器测试、电池测试等领域。姜海涛强调说：“这套高性能精密阻抗测量分析模块，是一个完整的软硬件集成的解决方案，实现了从DC到10MHz的扫频测量，步进精度达到0.2Hz。在与标准电子式电能仪表的对比测试中，ADMX2001B展现出了接近实验室级别的精度，达到了万分之五的相对精度。”
高压源测量单元SMU则是一种能够提供精确可控的高压电流或电压的仪器，适用于测试器件在高压条件下的性能，包括半导体分立元件、集成电路以及电力电子器件等。作为一款四通道高电压、大电流输出的SMU，ADMX3001采用24位SAR ADC以及高速高精度DAC，打造了一个闭环系统，利用数字PID控制和状态控制算法，确保信号源、测量和钳位精度，可同时提供和测量±100V输出电压和1A电流，支持测试和测量仪器的需求。可编程高压电源轨有助于充分减少输出放大器的功率损耗，并降低电路板和设计的复杂性。
姜海涛表示该板卡可通过FMC接口连接FPGA后连接到电脑上，利用评估软件对评估板进行设置和调控，采用的数字环路控制可以很大程度上解决传统模拟环控制不能解决的诸如振铃等问题，同时做到高精度、快速响应、高压大电流输出等。
在微波信号分析中，S参数是用于描述射频和微波网络中信号传输特性的数学模型，是表征无源网络和有源网络电气行为的重要工具，对于设计、调试和优化射频和微波电路至关重要。通常情况下，S参数通常使用矢量网络分析仪VNA进行测量，但传统VNA一般尺寸较大。姜海涛介绍ADI的8端口矢量网络分析仪板卡级方案最大优势便是在紧凑的外形上，提供了10MHz～20GHz采样频率、-60dBm～10dBm不同信号电平范围，可以无缝集成到各种射频应用的全面测试系统中，应用于缺陷检测和结构分析相关的生产制造测试、多通道网络分析及射频特性测试等领域，并进行多端口测量，极大地提高了测试效率。
该方案中采用了ADI最新的宽带矢量网络分析仪模拟前端ADL5960作为核心器件，包括电阻双向桥、下变频混频器、可编程IF放大器和滤波器以及高度灵活的本振接口。同时该方案利用AD9083 ADC实现一次16个信号的采样，将35个以上的ADI器件组合，实现了多功能模块化的设计。
一站式软硬件服务，加速仪器仪表技术发展
综合来看，ADI全面且先进的测试分析方案各有特点，能够满足苛刻的应用需求，姜海涛强调：“它们通通具备小型化和易于集成等特点，超低失真波形发生器和采集模块与阻抗测量分析模块便是其中的典型，8端口矢量网络分析仪如果客户希望做功能的增减，我们同样会配合客户提供对应的设计服务，总结来说包括高压SMU，我们的目标是为客户提供更有价值的一站式软硬件服务。”
事实上，不止应用于半导体自动化测试，有线和无线通信技术、自动驾驶汽车、储能、AI/ML和云连接传感器等技术的进步有助于形成的物联网等，也推动了对更高集成度、更快、更精密测量功能的需求。作为电子信息产业的细分领域，测试测量是产业链的重要节点，上可带动通用芯片、电子元器件、基础软硬件等技术突破，下可辐射可再生能源、新能源汽车等与电子信息相关的热门行业。相关行业媒体统计，2023年中国电子测试测量仪器行业市场规模扩大至410.4亿元人民币，预计到2025年，全球电子测试测量仪器行业市场规模将增长至172.72亿美元，为技术提供商带来了新的机遇。
ADI一直扮演着连接模拟与数字世界的桥梁角色，在该领域具有天然的先发优势——从精密放大器、数据转换器、电源管理、信号处理到射频系统，ADI的产品和技术覆盖了广泛的领域，例如高压SMU中高精度的ADC/DAC和极低的噪声和失真，适用于需要极高准确度的测量应用；8端口矢量网络分析仪中的接口技术使得测试测量设备能够实现高速数据传输，满足大数据量的应用需求……
“面对日益扩大的测试测量仪器行业，我们期待与合作伙伴们继续携手，利用ADI超高精度与高效小型化技术，开发下一代电子测试与测量解决方案，为全行业转型提供精确助力并加速仪器仪表的未来发展。”姜海涛展望道。
