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開(kāi)關(guān)功能是所有電子測試儀器儀表中的一項基本關(guān)鍵功能。由于待測器件（DUT）的復雜性提高，通道/引腳數量和功能增加，因而測試類(lèi)型和所需測試數量也隨之增加。并且每個(gè)器件評估需要進(jìn)行數百項測試，特別是在自動(dòng)測試設備（ATE）中，因此測試速度非常重要。

對于A(yíng)TE測試儀器儀表，典型測試設備設置的高級別方框圖如圖1所示。

圖1. 連接到待測器件的典型ATE測試系統，使用指定的開(kāi)關(guān)

      在測試設備外部，可能還需要輔助開(kāi)關(guān)功能，特別是在器件接口板 (DIB) 上，它有時(shí)也被稱(chēng)為測試接口單元(TIU)。圖 2顯示用于待測器件的ac/RF測試設置的此類(lèi)功能和開(kāi)關(guān)示例。在待測器件的測試板上，通常需要信號濾波、放大和校準路徑，以提供足夠的測試靈活性，從而改進(jìn)測試系統性能，例如最大程度地降低本底噪聲、減少印刷電路板 (PCB) 的損耗。

圖2. 顯示開(kāi)關(guān)功能復雜性的AC/RF DIB示例

      使用的開(kāi)關(guān)類(lèi)型取決于信號類(lèi)型和所需性能。很多高性能固態(tài)開(kāi)關(guān)也用于 ATE 測試設備。但是，當 dc PMU 信號和高速數字/RF 信號需要在共同測試路徑上傳輸，而且只能產(chǎn)生很小的信號損失和失真時(shí)，仍然需要大型 EMR 開(kāi)關(guān)。但是，EMR存在一些局限性。它們體積大，驅動(dòng)速度慢，使用壽命也非常有限，從布線(xiàn)的角度來(lái)看，很難設計到 PCB 中，需要外部的高功率驅動(dòng)器電路，返工復雜繁瑣。

MEMS 開(kāi)關(guān)優(yōu)勢詳解

      1、MEMS 開(kāi)關(guān)技術(shù)

      ADI 的MEMS開(kāi)關(guān)既具備EMR的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)尺寸大幅縮小，而且還提高了RF額定性能和使用壽命。有關(guān)MEMS開(kāi)關(guān)技術(shù)的詳細討論，請參見(jiàn)“ADI革命性 MEMS開(kāi)關(guān)技術(shù)基本原理”。在測試儀器儀表中，開(kāi)關(guān)尺寸非常重要，可決定在測試設備儀器電路板或待測器件接口TIU板上能夠實(shí)現的功能和通道數。圖3顯示ADGM1304 0Hz/dc至14 GHz帶寬、單刀四擲(SP4T) MEMS開(kāi)關(guān)，被放置在典型的3 GHz帶寬雙刀雙擲 (DPDT) EMR之上。就體積差異來(lái)看，尺寸可縮小90%以上。

圖3. ADGM1304 5 mm × 4 mm × 0.95 mm LFCSP封裝（與典型RF EMR進(jìn)行比較）

      除了 MEMS 技術(shù)的物理尺寸優(yōu)勢之外，MEMS 開(kāi)關(guān)的電氣和機械性能也具有很大優(yōu)勢。表 1 顯示ADGM1304和 ADGM1004器件的一些關(guān)鍵規格，與典型的更高頻率單刀擲 (SPDT) 8 GHz EMR 進(jìn)行比較。 ADGM1304 和 ADGM1004器件具有出色的帶寬、插入損耗和切換時(shí)間，使用壽命為 10 億個(gè)周期。高帶寬是驅動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)入新應用領(lǐng)域的關(guān)鍵。低功耗、低電壓、集成電源的驅動(dòng)器是 MEMS 開(kāi)關(guān)的另外幾大關(guān)鍵優(yōu)勢。ADGM1004具有較高的靜電放電(ESD)額定值，人體模型(HBM)的 ESD 額定值為 2.5 kV，電場(chǎng)感應器件充電模型(FICDM)的 ESD 額定值為 1.25 kV， 從而進(jìn)一步增強了易用性。

      2、MEMS 開(kāi)關(guān)應用示例

      過(guò)去，要在A(yíng)TE測試設備中實(shí)現dc/RF開(kāi)關(guān)功能，必須使用 EMR開(kāi)關(guān)。但是，由于存在以下問(wèn)題，使用繼電器可能會(huì )限制系統性能：

1、繼電器開(kāi)關(guān)的尺寸較大，必須遵守“禁區”設計規則，這意味著(zhù)它要占用很大面積，缺乏測試可擴展性。

2、繼電器開(kāi)關(guān)的使用壽命有限，僅為數百萬(wàn)個(gè)周期。

3、必須級聯(lián)多個(gè)繼電器，才能實(shí)現需要的開(kāi)關(guān)配置（例如，SP4T配置需要三個(gè)SPDT繼電器）。

4、使用繼電器時(shí)，可能遇到PCB組裝問(wèn)題，通常導致很高的PCB返工率。

5、由于布線(xiàn)限制和繼電器性能限制，實(shí)現全帶寬性能可能非常困難。

6、電器驅動(dòng)速度緩慢，為毫秒級的時(shí)間量級，從而限制了測試速度。

圖5至圖7顯示了MEMS開(kāi)關(guān)如何消除這些限制，增強其在 ATE應用中的價(jià)值。圖4和圖5顯示了典型的dc/RF開(kāi)關(guān)扇出應用原理圖，分別使用 EMR 開(kāi)關(guān)以及 ADGM1304 或 ADGM1004 MEMS開(kāi)關(guān)。

圖4. 示例 DC/RF 扇出測試板原理圖，九個(gè) DPDT 繼電器的解決方案

圖5. 示例DC/RF扇出測試板原理圖，五個(gè)ADGM1304或ADGM1004 MEMS開(kāi)關(guān)的解決方案

圖6顯示了實(shí)現這兩個(gè)原理圖的視覺(jué)演示PCB的照片。該演示中使用扇出16:1多路復用功能。 圖5中的繼電器為DPDT EMR繼電器。需要九個(gè)DPDT繼電器和一個(gè)繼電器驅動(dòng)器IC，來(lái)實(shí)現18:1多路復用功能（八個(gè) DPDT繼電器只能產(chǎn)生14:1多路復用功能）。物理繼電器解決方案顯示在圖7左側，該圖說(shuō)明了繼電器解決方案占用了多大的面積、保持布線(xiàn)連接之間的對稱(chēng)如何困難，以及對驅動(dòng)器IC的需求。

圖6. DC/RF扇出測試板的視覺(jué)比較，16:1多路復用功能，使用九個(gè)EMR開(kāi)關(guān)（左）和五個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)（右）

       圖5和圖4右側顯示了相同的扇出開(kāi)關(guān)功能，僅使用五個(gè) ADGM1304或ADGM1004 SP4T MEMS開(kāi)關(guān)，因而得以簡(jiǎn)化。從圖5和圖4右側可看出，占用PCB面積減小，開(kāi)關(guān)功能的布線(xiàn)復雜性降低。按面積計算，MEMS開(kāi)關(guān)使占用面積減少68%以上，按體積計算，則可能減少95%以上。

       ADGM1304和ADGM1004 MEMS開(kāi)關(guān)內置低電壓、可獨立控制的開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器；因此，它們不需要外部驅動(dòng)器 IC。由于MEMS開(kāi)關(guān)封裝的高度較?。ˋDGM1304的封裝高度為0.95mm，ADGM1004的封裝高度為1.45mm），因此開(kāi)關(guān)可以安裝在PCB的反面。較小的封裝高度增大了可實(shí)現的通道密度。圖7顯示了另一個(gè)測試設備開(kāi)關(guān)使用示例。該圖顯示連接高速或RF待測器件的測試接口的典型原理圖，使用EMR作為開(kāi)關(guān)元件。在本例中，評估電子設備需使用高速RF信號和數字/DC信號。

圖7. 示例RF和數字/DC DIB，使用14個(gè)EMR開(kāi)關(guān)

       圖7所示的解決方案使用繼電器作為開(kāi)關(guān)解決方案。需要14 個(gè)SPDT繼電器來(lái)實(shí)現帶通濾波器選擇、數字信號路由、DC 參數測試功能。需要級聯(lián)繼電器。使用MEMS開(kāi)關(guān)的等效解決方案如圖8所示。圖8顯示使用 MEMS開(kāi)關(guān)時(shí)功能增強型測試接口簡(jiǎn)化設計。此設計僅需六個(gè)ADGM1304/ADGM1004開(kāi)關(guān)，從而顯著(zhù)降低了布線(xiàn)復雜性和占用電路板面積。整體而言， ADGM1304 或 ADGM1004開(kāi)關(guān)的SP4T配置可提供更多功能通道，并實(shí)現更多數字和DC參數測試功能：使用MEMS開(kāi)關(guān)可實(shí)現八種功能，而使用繼電器僅實(shí)現四種功能。MEMS開(kāi)關(guān)具有 14 GHz寬帶寬、0 Hz/dc工作頻率、小尺寸封裝和低電壓控制特性，這種解決方案更加靈活，延長(cháng)了使用壽命，減小了占用面積，能夠同時(shí)實(shí)現高精度高速數字信號路由和較寬帶寬的RF信號路由。

圖8. 簡(jiǎn)化和增強的RF和數字/DC DIB，使用六個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)

       隨著(zhù)器件復雜性和測試要求提高，從最佳性能和空間效率的角度來(lái)看，實(shí)現ATE解決方案的難度很大。由于DC/數字和RF功能現在成為普遍要求，開(kāi)關(guān)也成為ATE自動(dòng)測試解決方案的必不可少的部分。ADI的 MEMS開(kāi)關(guān)技術(shù)獨樹(shù)一幟，與傳統的RF繼電器解決方案相比，它提升了測試功能和性能，而且占用的PCB面積更小。ADGM1304和 ADGM1004 SP4T MEMS開(kāi)關(guān)具有精密DC性能和寬帶RF性能，采用小尺寸SMD封裝，驅動(dòng)功率要求較低，使用壽命長(cháng)，ESD可靠性增強。這些特性使得ADI公司的MEMS開(kāi)關(guān)技術(shù)成為所有現代ATE設備的理想通用開(kāi)關(guān)解決方案。

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