半导体是推动汽车、可再生能源、通信、信息技术、国防和消费电子等行业发展的关键部件。半导体的重要性始于 20 世纪 50 年代末，当时杰克·柯比和罗伯特·诺伊斯发明了集成电路 (IC)，该电路在通用半导体基础上构建电子元件和电路。集成电路迅速取代了基于真空管的电子设备，因为它们更节能、更节省空间、更可靠。
在过去的六十年中，集成电路取得了长足的进步，并被广泛应用于许多行业，因为它们是众多产品和工艺中的关键元件。集成电路可以是多个分立元件封装在一起，例如数字逻辑电路、微控制器、微处理器、数字存储器、模拟电路和放大器、射频 (RF)/微波 (MW) 模拟元件和电路以及集成电源电路。本文重点介绍如何使用波形发生器测试各种类型的集成电路。
IC设计与测试工艺流程
IC 设计和测试是复杂的过程，需要精度和知识才能满足所需的规格。工程师进行迭代、优化和验证，以确保终的 IC 达到所需的性能和可靠性。在图 1中，该过程从基于 IC 规格的软件建模和仿真开始。随后，在晶圆代工阶段，将设计蚀刻到光掩模上并转移到硅晶圆上。晶圆测试后，对 IC 进行封装并进行功能测试，以确保它们正常运行。
晶圆级验证测试
在设计或前端 IC 制造阶段，IC 往往在晶圆级进行测试。在上游晶圆级工艺中测试 IC 可能具有挑战性，尤其是在使用晶圆探测工具时。然而，这是必要的，因为封装工艺成本高昂且复杂。图 2显示了正在进行的晶圆探测和测试。
在晶圆级，可以进行灾难性短路、漏电、电源和一般输入/输出条件等基本功能验证的测试。信号源可以来自可编程直流电源、源和测量单元以及通用波形发生器。
在 IC 设计阶段，测试工程师可以在晶圆级探测测试中执行噪声、DC 参数和 S 参数特性分析工作。此过程大大缩短了首次测量的时间，并提供准确且可重复的设备和组件特性分析。
包装测试
将 IC 放置在引线框架上、用线焊到各自的引线上并进行封装后，它们就处于终的物理形态。进行测试是为了确保封装后的 IC 符合封装要求，例如无短路、无开路或连接不牢、内部电路之间有适当的电气隔离等等。
波形发生器为信号完整性和低频噪声测试提供干净的信号和受控的频率和幅度噪声水平。图 3显示了波形发生器如何向 IC 提供受控的模拟信号，以供示波器测试信号完整性。
图 3 IC 信号完整性测试的眼图，其中波形发生器可以提供干净的信号以及受控的频率和幅度噪声水平。来源：Keysight
包装后功能测试
封装后功能测试，又称为生产线末端测试，通常非常复杂且繁琐。此过程是一个测试阶段，在此阶段，IC 会接受全面测试，以确保其在交付给客户之前符合规定的性能和质量标准。
波形发生器可生成复杂的可变模式、真实世界信号，甚至极端用例信号，以确保所有发货的 IC 都符合所需的性能规格和功能。现代波形发生器用途广泛，可生成各种信号，例如数字、模拟、复杂调制、低频至高频、突发、同步和任意波形信号，适用于所有 IC 应用。
波形发生器特性
市场上的波形发生器具有广泛的规格。测试和表征 IC 需要严格的规格。IC 设计工程师需要一种能够产生干净、低失真、稳定和可靠信号的源。无论频率或采样率如何，产生的信号都不应发生变化。此外，某些波形发生器规格对于 IC 测试也很重要。
干净、稳定的信号源
干净的信号源提供真实、纯净的信号，没有噪声或其他外来信号的干扰。信号可以通过没有谐波失真和抖动的信号纯度来衡量。测试 IC 时，干净、稳定的信号必不可少，因为工程师希望：
产品规格： IC 需要的信号来描述和验证其功能和性能。信号源引入的误差越大，由于测量不确定性，产品规格就越差。
避免错误的测试结果：稳定的信号源可创建一致的测试过程。因此，测试结果可以准确地表征 IC 的行为。如果信号源不稳定，错误的测试结果等问题会影响下游测试。糟糕的情况是将错误表征的产品发送给客户。
可重复且可靠的性能：干净的信号还将提供优化的可重复性测试条件，以衡量 IC 的真实性能。它们不会有不必要的谐波和噪声，导致测试结果不准确。此外，通过用波形发生器创建的信号替换真实信号，可以使测试更加可靠。
噪声添加剂
除了使用干净的信号来表征 IC 设备的性能之外，在测试信号中添加噪声还可以模拟现实世界中的噪声传输、串扰和 EMI。添加噪声不仅不能获得的产品性能规格，还会对被测 IC 造成压力，并决定产品的稳定性。
合适的波形发生器可以产生可变的噪声带宽，以控制测试信号的频率内容。图 4说明，这种方法可以对被测 IC 进行受控压力测试。
图 4在测试信号中添加受控噪声（上图）会产生嘈杂的 ECG 信号（下图）。来源：Keysight
混合信号
许多应用都需要混合信号 IC，这些 IC 本质上是内置数字和模拟电路并封装在一起的 IC。使用混合信号 IC 的应用包括模数转换器、数模转换器、电源管理电路、微控制器电路以及温度、湿度和压力等物理参数传感测量。波形发生器可以模拟数字和模拟信号来测试混合信号 IC。
软件创建的任意波形信号
现代波形发生器可以生成任意波形来模拟真实的 IC 测试应用。这些发生器通常附带创建任意波形的软件应用程序。
导入模拟或真实信号
导入信号的直接方法是使用示波器将真实世界的测试信号数字化，将其保存为软件应用程序可读的格式，以数字方式操作或调节测试信号，然后将其传输到波形发生器以重新生成信号。
另一种常用方法是使用波形生成器软件生成自定义任意波形，并将其组合成所需的模拟测试信号。一些 IC 设计工程师可能希望直接在 MATLAB 或 Python 编程中生成波形，并将这些波形传输到波形发生器。例如，图 5显示了 MATLAB 如何理解复杂波形的绘制。波形是心电图 (ECG) 心脏信号的一部分的模拟，显示了部分 PQRST 点。事实上，这个波形只显示了 RST 点，目的是创建 T 波抑制测试波形。MATLAB 可以使用数学方程对波形进行建模，并将所有这些点转换为复杂的 ECG 测试信号。
图 5使用数学方程式，在 MATLAB 中组装成模拟心脏 ECG 测试信号。来源：Keysight
图 6显示了 MATLAB 生成的心脏 ECG 测试信号的输出。MATLAB 软件应用程序提供了将波形点作为二进制块发送到任意波形函数发生器的选项。将波形作为二进制数据而不是 ASCII 数据发送的原因很简单——二进制数据比等效的 ASCII 数据小得多。
图 6 MATLAB 可以将上述模拟的心脏 ECG 测试信号传输到波形发生器中。来源：Keysight
这些方法使工程师能够创建所需的测试信号，以便将其编入数字波形库并进行存储。这种方法能够对多种类型的 IC 测试应用进行一致且有组织的测试。
在播放列表测试序列中创建波形
大多数现代波形发生器可以按顺序播放各种波形片段。设计工程师可以构建一个测试序列播放列表，其中包含增量变化的波形或好信号或坏信号，以测试 IC 响应。根据波形发生器的功能，您可以将各个任意波形段组合成用户定义的列表或序列，以形成更长、更复杂的波形。
