在自动测试设备（ATE）的相关应用中，ADI 的互补金属氧化物半导体（CMOS）开关脱颖而出，成为了进行存储器晶圆探针电源测试的理想之选。它具有快速导通速度和良好的可扩展性等显著特点，这些特性能够有效提升测试的并行性，从而实现对存储器组件更全面、更快速的测试。
随着人工智能（AI）应用对高性能内存需求的不断攀升，芯片设计变得愈发复杂。自动测试设备（ATE）厂商作为验证这些芯片的关键环节，正面临着前所未有的压力，迫切需要不断提升自身能力以满足这一需求。传统上，在存储器晶圆探针电源应用中，PhotoMOS 开关因其出色的低电容乘电阻（CxR）特性而被广泛采用。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 开关的关态电压也较高。然而，它也存在一些明显的局限性，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诟病的主要问题。
为了应对这些挑战，ADI 公司精心研发出了新型开关，用以取代存储器晶圆探针电源应用中的 PhotoMOS。ADI 开关不仅导通速度极快，而且同样具备低 CxR 特性，能够确保高效切换。此外，它还具有良好的扩展性，能够显著改善测试的并行处理能力，使 ATE 能够轻松应对更大规模、速度更快的测试任务。如今，AI 应用对高效和高性能内存测试的需求日益增长，在这样的背景下，ATE 公司正积极寻求更优的解决方案。而 ADI 开关凭借其一系列出色特性，无疑成为了 PhotoMOS 的有力替代方案。
在 ATE 设置中，开关起着至关重要的作用。开关能够将多个被测器件（DUT）连接到同一个测量仪器（例如参数测量单元 PMU），或者将它们从测量仪器上断开，以便顺利执行测试流程。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。开关能够极大地简化测试流程，在需要同时或依次测试多个 DUT 的情况下，这种作用更加凸显。通过使用开关，我们可以将 PMU 的电压分配到多个 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。
图 1 展示了如何利用开关轻松构建矩阵配置，使得一个 PMU 就能评估多个 DUT。这种配置减少了对多个 PMU 的需求，并简化了布线，从而显著提高了 ATE 系统的灵活性和可扩展性，对于大批量或多器件的测试环境至关重要。
为了便于理解评估研究（即利用开发的硬件评估板对 PhotoMOS 开关和 CMOS 开关进行比较）以及研究得出的结果，我们从二者的开关架构开始进行比较。CMOS 开关和 PhotoMOS 开关的架构存在明显差异，图 2 显示了开关断开时的关断电容（COFF），该寄生电容位于输入源极引脚和输出引脚之间。
对于 PhotoMOS 开关，COFF 位于漏极输出引脚之间。此外，PhotoMOS 开关具有输入到输出电容（也称为漏极电容），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。对于 CMOS 开关，COFF 位于源极和漏极引脚之间。除了 COFF 之外，CMOS 开关还有漏极对地电容（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）。通过深入了解这些架构细节，我们可以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，从而确保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，我们应该考察其在系统设计应用中带来的附加值。对于图 1 所示应用，ADG1412 是理想选择，可以轻松替代 PhotoMOS 开关。这款 CMOS 开关是四通道单刀单掷（SPST）器件，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。设计人员可以通过比较表 1 列出的重要指标，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。
两种开关的关断隔离曲线（图 3）表明，输入信号受到高度抑制（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。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。
插入损耗方面，低 ON 的开关至关重要。I*R 电压降会限制系统性能。各器件之间以及温度变化引起的 RON 波动越小，测量误差就越小。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，当驱动使能 / 逻辑电压施加到任一开关上，使其闭合并将输入信号传递到输出端时，如果使用的是 PhotoMOS 开关，则会存在明显的延迟。这种较慢的导通速度是由于 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（×2000），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。 PhotoMOS 开关与 CMOS 开关的连接点对应关系。因此，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。
表 2 列出了一些能够提高通道密度的 ADI 开关示例。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。这些开关提供串行外设接口（SPI）和并行接口，方便与控制处理器连接。
综上所述，本文着重说明了 CMOS 开关的巨大潜力。在 ATE 应用中，ADG1412 可以很好地取代 PhotoMOS 开关。比较表明，CMOS 开关的性能达到甚至超过了预期，尤其是在对开关电容或漏极电容要求不高的场合。此外，CMOS 开关还拥有显著的优势，例如更高的通道密度和更低的成本。ADI 公司的 CMOS 开关产品系列非常丰富，不仅提供导通电阻更低的型号，还支持并行和 SPI 两种控制接口，从而更加有力地支持了在 ATE 系统中使用 CMOS 开关的方案。
