自动测试设备应用中 PhotoMOS 开关的替代方案

在当今科技飞速发展的时代，人工智能（AI）应用呈现出蓬勃发展的态势，其对高性能内存，特别是高带宽内存（HBM）的需求也在持续增长。这一趋势使得内存芯片的设计变得愈发复杂，而自动测试设备（ATE）厂商作为验证内存芯片的关键环节，正面临着前所未有的压力，需要不断提升自身能力以适应这一需求。

传统上，在存储器晶圆探针电源应用中，PhotoMOS? 开关凭借其良好的低电容乘电阻（CxR）特性得到了广泛应用。低 CxR 有助于减少信号失真，改善开关关断隔离度，同时实现更快的开关速度和更低的插入损耗。此外，PhotoMOS 开关的关断电压也较高。然而，它也存在一些局限性，主要体现在可靠性、可扩展性和导通速度方面。其中，导通速度较慢一直是客户不满的主要原因之一。

为了应对这些挑战，ADI 公司开发出了新型开关来取代存储器晶圆探针电源应用中的 PhotoMOS。ADI 公司的 CMOS 开关非常适合 ATE 厂商的内存晶圆探针电源测试。这些 CMOS 开关拥有快速导通和可扩展性等特性，能够提升测试并行处理能力，从而更全面、更快速地测试内存芯片。

在 ATE 设置中，开关起着至关重要的作用。它能够将多个被测器件（DUT）连接到同一个测量仪器（如参数测量单元 PMU），或者将它们从测量仪器上断开，以便执行测试流程。具体而言，开关使得 PMU 能够高效地向不同 DUT 施加特定电压，并检测这些 DUT 反馈的电流，从而简化了测试流程。在需要同时或依次测试多个 DUT 的情况下，开关的作用更加显著。通过使用开关，PMU 可以将电压分配到多个 DUT，并检测其电流，这不仅提高了测试效率，还大幅减少了每次测试之间重新配置测试装置的麻烦。

从开关架构来看，CMOS 开关和 PhotoMOS 开关存在明显差异。当开关断开时，对于 PhotoMOS 开关，关断电容（COFF）位于漏极输出引脚之间，且具有输入到输出电容（漏极电容），同时在其用于导通和关断输出 MOSFET 的发光二极管（LED）级也存在输入电容；而对于 CMOS 开关，COFF 位于源极和漏极引脚之间，此外还有漏极对地电容（CD）和源极对地电容（CS），这些对地电容也是客户在使用 CMOS 开关时经常抱怨的问题。当任一开关使能时，输入信号便可传输至输出端，此时源极和漏极引脚之间存在导通电阻（RON）。了解这些架构细节，有助于我们更轻松地分析评估研究中的电容、RON 和开关行为等性能指标，从而为特定应用选择正确的开关类型。

为了更好地对开关进行定性和定量评估，我们可以考察其在系统设计应用中带来的附加值。以 ADG1412 这款四通道单刀单掷（SPST）CMOS 开关为例，它拥有出色的特性，包括高功率处理能力、快速响应时间、低导通电阻和低漏电流等。通过比较表 1 列出的重要指标，我们可以评估 CMOS 开关性能并打分，从而量化其相对于其他替代方案的优势。这有助于我们更深入地了解器件的信号切换效率，对于复杂或敏感的电子系统非常有帮助。

从开关的关断隔离曲线来看，输入信号在开关断开时受到高度抑制（100 kHz 时为 - 80 dB），未到达输出端。随着频率提高，PhotoMOS 的性能开始略高一筹，二者相差 - 10 dB。但对于图 1 所示的开关应用（直流（DC）切换），开关电容并不重要，重要的开关参数是低漏电流、高导通速度和低插入损耗。在插入损耗方面，图 4 中的插入损耗曲线显示，在 100 kHz 频率下，PhotoMOS 开关的插入损耗为 - 0.8 dB，而 CMOS 开关的插入损耗仅为 - 0.3 dB，这进一步证实了 CMOS 开关具有较低的 RON（1.5 Ω）。

在开关导通时间方面，PhotoMOS 开关存在明显的延迟，其导通速度较慢，这是由于 LED 输入级的输入电容以及内部电路将电流转换为驱动 MOSFET 栅极所需电压的过程中产生的延迟造成的。导通速度慢一直是客户不满的主要原因，而且会影响系统整体应用的速度和性能。相比之下，CMOS 开关的导通速度（100 ns）是 PhotoMOS 开关（200,000 ns）的 2000 倍，更能满足系统应用所需。

如果系统中使用的是 PhotoMOS 开关，并且遇到了测量精度不高、导通速度慢导致系统资源占用过多，以及难以提高通道密度等问题，那么升级到采用 CMOS 开关的方案将使开发变得非常简单。图 6 显示了 PhotoMOS 开关与 CMOS 开关的连接点对应关系，系统设计可以利用 CMOS 开关，以更低的成本实现更高的通道密度。

ADI 公司还提供了一系列能够提高通道密度的开关产品，如 ADG2412、ADG6412、ADGS2414D 等。这些开关具有与 ADG1412 类似的性能优势，导通电阻更低（低至 0.5 Ω），而且成本比 PhotoMOS 开关还低。它们提供串行外设接口（SPI）和并行接口，方便与控制处理器连接。

产品	RON (Ω)	开关配置	1ku 标价 / 通道 ($)
ADG2412	0.5	四通道 SPST	非常有竞争力
ADG6412	0.5	四通道 SPST	非常有竞争力
ADGS2414D	0.56	SPI: 八通道 SPST	非常有竞争力