张国强，杨国牛

（1.西安明德理工学院，陕西 西安 710124；2.西安西谷微电子有限责任公司，陕西 西安 710124）

0 引言

模拟开关是一种重要的器件[1]，应用范围较广，可应用到音频和视频回路，以及自动测试设备、数据采集系统、电池供电系统、采样保持系统、通信系统和航空电子设备等设备与系统中，在多路被测信号共用一路A/D转换器的数据采集系统中，通常用来将多路被测信号分别传送到A/D转换器进行转换，以便计算机能对多路被测信号进行处理。电子多路开关根据其结构可分为双极型晶体管开关、场效应晶体管开关和集成电路开关3种类型。在过去的使用中，单片集成COMS模拟开关一直是切换（路由）和开关模拟信号的首选器件，这种开关由一个P沟道和一个N沟道MOSFET并联而成，栅极受外部驱动电路控制，构成一个寄生参数小、可双向导通的低电阻开关器件[2]。大多数电子元器件的失效率随时间变化的过程可以用浴盆曲线进行描述，早期的失效率随时间的增加而迅速下降，使用寿命期内失效率基本不变[3]。

具有高可靠性的电子元器件是通过设计并生产出来的，但是再好的生产控制程序和生产工艺也无法避免质量问题的存在。电子元器件的二次筛选已经被证明是有效保障电子元器件可靠性的重要手段。它能够将其中有潜在缺陷的早期失效产品剔除，从而保证电子产品最终使用的可靠性，还可以评估和比较不同产品的质量和可靠性[4-5]。因此需要对集成电路模拟开关进行一系列的可靠性试验，其中的电参数测试是非常重要的一环，也是提高产品可靠性的一种非常有效的手段。

1 模拟开关测试的理论方法

1.1 电源电流测试

在器件资料规定的环境温度下，将器件接入测试系统中，施加器件资料中规定的电源电压VDD、VSS。输入输出端施加资料规定的条件，测量流过VDD端的电流即为IDD，测量流过VSS端的电流即为ISS。如图1所示。

图1 电源电流测试

1.2 导通电阻测试

在器件资料规定的环境温度下，将器件接入测试系统中，电源脚施加器件资料中规定的电源电压，加上规定的控制信号，使被测开关通路接通，然后再按照器件资料的规定，将S端（源极）模拟输入电压调至规定值VS，将D端（漏极）电流源电流调至IS；在被测器件D端（漏极）测出模拟输出电压VD。由式RON=（VS-VD）/IS求出模拟开关的导通电阻，如图2所示。

图2 导通电阻测试

1.3 I S（OFF）、 I D（OFF）测试

在器件资料规定的环境温度下，将器件接入测试系统中，施加器件资料中规定的电源电压，加上规定的控制信号，使被测开关通路全部处于截止状态，按照器件资料的规定，将S端模拟输入电压和D端模拟输入电压调至规定值，测出流经被测S端的电流，即为IS（OFF），测出流经被测D端的电流，即为ID（OFF）。如图3所示。

图3 单路I S（OFF）、I D（OFF）测试

若被测器件为多路模拟开关，需将非被测S端和D端短路对每个开关通路进行IS（OFF）测试。如图4所示。

图4 多路I S（OFF）测试

1.4 I D（ON）测试

在器件资料规定的环境温度下，将器件接入测试系统中，施加器件资料中规定的电源电压，加上规定的控制信号，使被测开关通路处于导通状态，按照器件资料的规定，将S端模拟输入电压调至规定值，测出从S端流出的电流即为ID（ON）。如图5所示。

图5 单路I D（ON）测试

在导通通路与截止通路之间需加上规定的电压，分别对每个开关通路进行ID（ON）测试，如图6所示。

图6 多路I D（ON）测试

1.5 输入电流测试

在器件资料规定的环境温度下，将器件接入测试系统中，施加器件资料中规定的电源电压。逻辑输入端施加资料规定低电平电压的条件，测量流过逻辑端的电流即为IINL，逻辑输入端施加资料规定高电平电压的条件，测量流过逻辑端的电流即为IINH。如图7所示。

图7 输入电流测试

2 实际中存在的问题和难点

2.1 导通电阻偏差大

在实际测试中，器件测试出的导通电阻值会比资料中标注的典型值偏大，这是因为，在实际的测试中器件与设备的多重转接导致接插件的接触电阻会计算在测试值中。例如：Analog Devices公司的ADG702BRM，导通电阻在常温25℃下要求最大为3Ω，典型值为2Ω。

2.2 S、D端漏电流测试不准确

器件的内部通道是由一个P沟道和一个N沟道MOSFET并联而成，栅极受外部驱动电路控制，构成一个寄生参数小，可双向导通的低电阻开关器件，如图8所示。

图8 模拟开关内部结构图

3 实际中模拟开关的测试

由于模拟开关在实际测试中器件与测试设备必然存在多次接插件的转接，所以我们在测试时应该使用开尔文测试法[6]，如图9所示。开尔文测试连接有两个要求：1）对于每个测试点都有一条激励线F和一条检测线S，二者严格分开，各自构成独立回路；2）S线必须接到一个有极高输入阻抗的测试回路上，使流过检测线S的电流极小，近似为零。

图9 开尔文测试

按照作用和电位的高低，这4条线分别被称为高电位施加线（HF）、低电位施加线（LF）、高电位检测线（HS）和低电位检测线（LS）。图9中r表示引线电阻和探针与测试点的接触电阻之和。由于流过测试回路的电流为零，在r3、r4上的压降也为零，而激励电流I在r1、r2上的压降不影响I在被测电阻上的压降，所以电压表可以准确地测出Rt两端的电压值，从而准确地测量出Rt的阻值。测试结果和r无关，有效地减小了测量误差。

由于器件内部是MOSFET结构，因此漏电流一般都是nA级的微小电流，如果用设备直接进行加压测流，则目前的设备是没有办法直接测量nA级的电流，因此需要使用辅助回路进行测试，如图10所示。

图10 漏电流辅助测试回路

由公式：I=（VO-VI）/R2，可以计算出漏电流，对于多路模拟开关，可以通过继电器多次切换到辅助回路进行测量。

4 结束语

电子元器件的测试是有效保障电子元器件可靠性的重要手段。在模拟开关的测试中，前期设计测试回路与DUT板时需要考虑开尔文连接点的选择，尽量地减少因为接触电阻或者连接线内阻引起导通电阻的偏差，减小因测试夹具和测试回路引入的漏电流，以保证测试结果的准确性。